微灌系統(tǒng)的流量計(jì)算是依據(jù)管網(wǎng)布置，按照最不利水力條件的應(yīng)用場(chǎng)景逐段進(jìn)行的，對(duì)地形、管網(wǎng)水力學(xué)運(yùn)行場(chǎng)景等分 析條件要求較高，遇到環(huán)狀管網(wǎng)、隨機(jī)運(yùn)行，輪灌制度多變時(shí)，

僅采用支狀管網(wǎng)、單一支管或毛管計(jì)算存在一定的誤差 。參考文獻(xiàn) [1] 給出了復(fù)雜管網(wǎng)的精確分析計(jì)算方法，參考文獻(xiàn) [2－4，7] 都是試圖通過(guò)細(xì)分出管網(wǎng)的管段水力計(jì)算模型得到計(jì)算 結(jié)果 。模擬真實(shí)運(yùn)行條件下的管道流量、壓力，解決了水力分 析中流量確定的問(wèn)題 [5] 。

然而，計(jì)算假定的運(yùn)行場(chǎng)景管網(wǎng)水力條件并不是普遍條件，不能夠說(shuō)明其假定條件就是真實(shí)的運(yùn)行條件 。對(duì)于灌溉工微灌系統(tǒng)的流量計(jì)算是依據(jù)管網(wǎng)布置，按照最不利水力條件的應(yīng)用場(chǎng)景逐段進(jìn)行的，對(duì)地形、管網(wǎng)水力學(xué)運(yùn)行場(chǎng)景等分析條件要求較高，遇到環(huán)狀管網(wǎng)、隨機(jī)運(yùn)行，輪灌制度多變時(shí)，僅采用支狀管網(wǎng)、單一支管或毛管計(jì)算存在一定的誤差 。參考文獻(xiàn) [1] 給出了復(fù)雜管網(wǎng)的精確分析計(jì)算方法，參考文獻(xiàn) [2－4，7] 都是試圖通過(guò)細(xì)分出管網(wǎng)的管段水力計(jì)算模型得到計(jì)算 結(jié)果 。模擬真實(shí)運(yùn)行條件下的管道流量、壓力，解決了水力分 析中流量確定的問(wèn)題 [5] 。

計(jì)算假定的運(yùn)行場(chǎng)景，不能夠說(shuō)明其假定條件就是真實(shí)的運(yùn)行條件 。對(duì)于灌溉工程來(lái)說(shuō)，管道在運(yùn)行過(guò)程中工作水頭壓力允許有 20% 的誤差， 灌水器出水流量允許有 10% 的誤差，在這種條件下可以認(rèn)為管 道的灌水器流量是不變的或者說(shuō)毛管、支管的流量就是毛管、支管上所有的灌水器的流量總和。

對(duì)于小型灌溉項(xiàng)目，常常會(huì)碰到“以水定地”的問(wèn)題，以水定地就是有多少水(水源來(lái)水量) 灌多少地 。假定水源的總來(lái) 水量是 Q(m3 / h) ，計(jì)算目標(biāo)就是把這個(gè)水量用完，能夠灌溉多少面積土地 。本 文 利 用 GB /T 50485－2020《微灌工程技術(shù)規(guī) 范》公式(3.2.3-1) 的基本概念，給出一種更加方便計(jì)算的、也更加簡(jiǎn)便的基于管道控制的灌溉面積，直接計(jì)算管道的流量計(jì)算方法。

1 計(jì)算公式

GB /T 50485－2020《微灌工程技術(shù)規(guī)范》公式(3.2.3-1) 從水量平衡的角度給出了在供水量給定的條件下，如果沒(méi)有淋洗要求，灌溉面積 A 按公式( 1) 計(jì)算 :

文獻(xiàn) [5] 公式(2) 給出了需要灌溉的面積 A已經(jīng)確定時(shí)， 要求計(jì)算水源需水量 Qs，或者是水泵的流量、揚(yáng)程的計(jì)算方法。 對(duì)上述公式做出變換，給出補(bǔ)充滿(mǎn)足作物一天耗水量的水源需水量的簡(jiǎn)單計(jì)算方法 :

進(jìn)一步，給出針對(duì)任意灌溉控制面積 Ai    的灌水需要流量 的計(jì)算公式 :

式中 : Qi   為單元設(shè)計(jì)流量，m3 / h;Ai   為單元設(shè)計(jì)控制面積，hm2 ; ti   為單元設(shè)計(jì)灌水時(shí)間，h ; mi   為單元設(shè)計(jì)灌溉定額，mm / d ; η 為設(shè)計(jì)灌溉水利用系數(shù)。

公式(3) 的形式與公式 (2) 一樣，但是具體的含義已經(jīng)改 變 。采用公式(3) 計(jì)算，就可以計(jì)算出設(shè)計(jì)灌溉單元控制面積 Ai   對(duì)應(yīng)的 Qi，而且 mi，ti，η 可以采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)單元工作要求 的灌水定額和灌水時(shí)間。

應(yīng)當(dāng)特別指出的是，如 Ai   對(duì)應(yīng)支(毛) 管的灌水控制面積，這個(gè)控制面積就是支(毛) 管開(kāi)啟后其通過(guò)的水流能夠達(dá)到區(qū) 域的面積，Qi   就是支管的設(shè)計(jì)流量 。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如 Ai   對(duì)應(yīng)灌水 器，Qi   就是灌水器的設(shè)計(jì)流量 。至此，利用 GB /T 50485－2020 《微灌工程技術(shù)規(guī)范》的水量平衡計(jì)算原理，得到管道流量的具 體計(jì)算公式 。滿(mǎn)足工作壓力及流量均勻度的偏差要求是公式成立的前提條件，也是管道流量計(jì)算精度滿(mǎn)足工程項(xiàng)目計(jì)算要 求的關(guān)鍵因素。

2   控制面積

為了更好地說(shuō)明灌溉控制面積的含義，加深對(duì)高效灌溉水 力計(jì)算分析實(shí)用方法的理解，這里提出以下基本的概念定義。

定義灌溉單元為 : 支管、毛管或出水口由單一閘閥控制下 的灌溉區(qū)域。

定義灌溉單元控制面積為 : 單元灌溉水流能夠達(dá)到的、單元控制下的所有地塊面積。

定義灌溉單元設(shè)計(jì)流量為 : 灌溉單元控制面積所需要的灌溉水設(shè)計(jì)流量。

有了以上定義，已知控制面積，采用公式(3) 計(jì)算其對(duì)應(yīng)的 設(shè)計(jì)流量就更加容易理解。

圖 1   微灌灌水器控制面積

如圖 1 所示，S 是灌水器的間距， L是毛管的間距，即對(duì)單 一灌水器來(lái)說(shuō)，其灌水控制面積就是 L× S 。注意這個(gè)控制面積 并不是灌水器的濕潤(rùn)面積，它僅僅是表明灌水器能夠分配到的單元面積，含有濕潤(rùn)面積部分，同時(shí)大于濕潤(rùn)面積 。基于灌水器控制面積可以計(jì)算出整個(gè)微灌系統(tǒng)使用的灌水器數(shù)量 。

公式(3) 的 Ai   可以是圖 1 中的灌水器控制面積，也可以是毛管或支管水流能夠到達(dá)區(qū)域的面積 。具體來(lái)說(shuō)，可以將其定義為控制閘閥下游的灌水面積 。如果，閘閥以下的控制面積是Ai (hm2 ) ，其對(duì)應(yīng)的灌水流量就是公式(3) 的 Qi，見(jiàn)圖 2。

圖 2   微灌毛管對(duì)應(yīng)的控制面積

有不少專(zhuān)業(yè)書(shū)，特別是農(nóng)業(yè)灌溉的專(zhuān)業(yè)書(shū)，采用一次灌溉使土壤含水量達(dá)到田間持水量的某一定值，等植物消耗完土壤內(nèi)的有效水分后，再灌溉一次的方法，這就是周期輪灌的思路 。而采用一次灌 溉滿(mǎn)足植物一天耗水量的設(shè)計(jì)理念，也即一次灌溉的用水量就是作物一天所需水量相對(duì)更加合理 。這也是現(xiàn)代微灌特別是自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)常用的作物灌溉計(jì)算場(chǎng)景的假定條件。

這里應(yīng)當(dāng)指出，根據(jù)物質(zhì)的質(zhì)量不變定律，無(wú)論是一次灌水滿(mǎn)足作物一天耗水量，還是一次灌水滿(mǎn)足作物 T 天的耗水總量，面積 Ai   上同等時(shí)段內(nèi)兩種方法的滿(mǎn)足植物耗水需求的灌水總量 Qi   是一樣的，也即其需要的灌水總時(shí)間是不變的。

3.   結(jié)   語(yǔ)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GBT50485－2020《微灌工程技術(shù)規(guī)范》 公式(3.2.3-1) 進(jìn)行變 換，得到本文的公式 ( 3 ) 。把 支 管、毛管或出水口由單一閘閥控制下的灌溉區(qū)域定義為灌溉單 元 。灌溉單元控制面積是指灌溉單元控制下水流能夠到達(dá)的 地塊面積 。那么灌溉單元設(shè)計(jì)需要的灌溉水流量可由公式(3)計(jì)算 。這個(gè)公式可以推廣到依據(jù)灌水器、支管、干管等控制面積，從而計(jì)算進(jìn)水口端對(duì)應(yīng)的管道過(guò)水總流量，更進(jìn)一步，在微灌工程上還可以利用灌水器控制面積的大小，計(jì)算出灌溉控制 面積內(nèi)的所有灌水器的數(shù)量，甚至于灌溉使用的支 ( 毛) 管的 數(shù)量。

參考文獻(xiàn) :

[1] 姜   偉，邱 元 鋒，李 小 平，等．復(fù)雜管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型及其分析方法 [J]．中國(guó)農(nóng)村水利水電，2009，(7) : 45－47．

[2] 李   鳴．管網(wǎng)基本定理及其數(shù)學(xué)模型 [J]．節(jié)水灌溉，2001，( 1) : 8－11．

[3]   王春堂，祝培育，楊光球．用逐級(jí)計(jì)算法進(jìn)行支管水力計(jì)算 [J]．節(jié)水灌溉，2000，(5) : 13－15．[4]   李永川，白    丹，宋 立 勛，等．微灌田間管網(wǎng)水力計(jì)算研究進(jìn)展 [J]．電網(wǎng)與清潔能源，2006，22 (5) : 16－19．

[5]   覃   通，李   鳴．高效節(jié)水灌溉管道流量計(jì)算原則初探 [J]．節(jié)水灌溉，2015，(5) : 85－87．

[6]   GBT50485－2020，微灌工程技術(shù)規(guī)范 [S]．

[7] 李   鳴．噴灌系統(tǒng)自適應(yīng)模擬方法 [J]．噴灌技術(shù)，1988，(4) : 8－10．