Page 91 - 2023年第54卷第2期

主要因素，通过进一步增加支管公称外径降低 ｑ的作用已比较有限。与此不同，Ｍ 模式下，较长毛管
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被支管分成两段，支管压力水头偏差占据微灌单元压力水头偏差的绝大部分（图 ４（ａ）），ｄ 的进一步
ｎ － ｍ
增加会持续降低支管压力水头偏差，进而降低相同面积情况下单元内 ｑ，这说明毛管双向布置可有效
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发挥大直径支管提高灌水均匀性的优势。
表 ２给出了在满足 ｑ≤２０％约束时，Ｍ 和 Ｍ 模式单元最大控制面积及其对应 ＷＩＰ、ＥＵ和 ＣＴ值。
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由表可知，支管公称外径 ４０、５０和 ６３ｍｍ时，Ｍ 模式单元最大控制面积分别较 Ｍ 模式高 ０．０８、０．１２
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和 ０．１０ｈｍ ；支管 公 称 外 径 ７５ｍｍ 时，Ｍ 和 Ｍ 模 式 单 元 最 大 控 制 面 积 差 异 不 大；支 管 公 称 外 径
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９０ｍｍ时，Ｍ 模式较 Ｍ 模式低 ０．１２ｈｍ 。这说明，支管直径较小时，通过调节出水桩位置使系统流
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量向出水桩两侧分流，进而降低支管上压力水头偏差是提高不规则单元最大控制面积的有效途径；而
Ｍ 模式中长支管使得支管压力水头偏差较高是导致此时最大控制面积较小的主要原因。Ｍ 模式，支管
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公称外径 ４０、５０和 ６３ｍｍ对应最大控制面积时 ＷＩＰ值较小，也说明此时设置出水桩位置在三角形顶
点 Ｅ（图 ３（ｂ））附近，可以通过减少支管长度的方式降低微灌单元内 ｑ。随着单元控制面积的增加，
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毛管长度逐渐增加，较大支管公称外径条件下（如 ９０ｍｍ）由毛管压力水头损失造成的流量偏差可能逐
渐占主导地位，Ｍ 模式 毛管 双向 布置的优 势明显，有 效降 低了 灌 水 单元 ｑ，提 高了 单元 最 大控制
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面积。
由图 ６（ｃ）（ｄ）可以看出，不同支管公称外径条件下，Ｍ 和 Ｍ 模式 ＥＵ随控制面积的增加而降低，
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这与 ｑ呈现规律相反，但都高于 ８５％。Ｍ 模式下，当 ｄ 变化范围为 ４０～６３ｍｍ时，ＥＵ随单元控制
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面积增加下降的斜率随 ｄ 增加而减小；当 ｄ 继续增加时，ＥＵ随单元控制面积增加下降斜率变化不
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大，这与较大支管公称外径下 ｑ呈现规律一致。Ｍ 模式下，随着支管公称外径增加，ＥＵ随控制面积
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增加下降斜率呈持续减小趋势，也与不同支管公称外径下 ｑ变化规律呈现出较好的一致性。
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由图 ６（ｅ）（ｆ）可知，对于任一直径支管，Ｍ 和 Ｍ 模式下 ＣＴ均随单元控制面积增加呈现先快速降
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低而后趋于平稳的趋势。分析可知，当 ｑ较小时，增大单元控制面积可以明显降低单位面积管网投资
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（主要是支管）和维护费用，进而促使微灌单元年费用明显下降；随单元控制面积增加，当 ｑ逐渐接近
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２０％时，管网投资和维护费用的降低和由于灌水均匀性降低导致的能耗和水费升高逐渐平衡，导致 ＣＴ
趋于平稳。在较小的单元控制面积条件下，较大的支管公称外径会导致年费用的明显增加，这与支管
单价随公称外径增大快速增加有关（表 １）。随着控制面积的增加，当各支管公称外径对应单元控制面
积达到最大时，４０、５０和 ６３ｍｍ公称外径支管在 Ｍ 和 Ｍ 模式下对应 ＣＴ值变化范围分别为 ３４８８．７～
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３５３３．４ 和 ３５８９．２～３６００．７元?（ｈｍ·ａ），相对差异较小；而 ７５和 ９０ｍｍ公称外径支管对应 ＣＴ值呈现增
加趋势，该结果与马朋辉等 ［２０］ 研究指出的单元面积年费用随毛管管径增大而升高类似，均说明当以经
济性为主要考虑指标时，宜适当控制支?毛管直径以降低微灌单元年费用。由图 ６（ｅ）（ｆ）还可看出，相
同控制面积时，Ｍ 和 Ｍ 模式下对应 ＣＴ值差异不大，这与图 ５（ｄ）呈现规律一致，说明 Ｍ 模式对微灌
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单元年费用降低作用并不显著。这与李援农等 ［１７］ 研究得出的双向布置模式能明显降低微灌单元年费用
不同，可能与 Ｍ 模式下不同控制面积单元中支管长度不同导致的管网投资和维护费用变化有关。
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４．３ 单元形状参数影响 表 ３给出了情景 ３不同底角单元毛管单?双向布置模式对应边长、ＷＩＰ、ｑ、
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ＥＵ和 ＣＴ值。相同单元控制面积下，单元形状参数对 ｑ影响明显。Ｍ 模式，ｑ变化范围为 ５％～４３％，
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随三角形底角增加而降低。这与三角形底角较小时，较大的底边 ｂ边长有关。以 α ＝ ２０° 为例，Ｍ 模式
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单元内毛管长度最大可达 １２８ｍ左右，毛管中较大的压力水头损失使微灌单元 ｑ明显降低。Ｍ 模式，
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ｑ变化范围为 １０％～２６％，说明毛管双向布置模式可降低 ｑ对三角形单元底角的敏感性。与 Ｍ 模式基
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本相反，Ｍ 模式 ｑ随三角形单元底角增加呈先轻微降低而后升高趋势，在 α ＝ ３０° 时获得最小值。当 α
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较小时，Ｍ 模式单元中较长的毛管被支管一分为二，避免了毛管中较大压力水头偏差的形成；与此同
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时，相对较小的底边 ａ边长可避免支管长度过长导致的支管压力水头偏差较大问题出现，进而获得较
高的灌水均匀性（图 １（ｂ））。当 α逐渐增加时，Ｍ 模式单元支管长度逐渐增大，支管压力水头损失增
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加是造成 ｑ增加和 ＥＵ下降的主要原因。
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