灌区自压微灌独立管网系统优化设计研究

微灌管网系统由田间管网系统和骨干管网系统两部分组成,田间管网入口所需压力只与灌水器设计工作水头及田间管网允许水头差有关,因此两部分的优化问题是相互独立的。目前田间管网优化设计主要是在限定面积且布置已定的情况下进行支毛管管径组合优化。本研究在不限定管网系统面积的情况下建立了单向毛管田间管网、双向毛管田间管网及自压微灌骨干管网的优化设计数学模型,可同时完成相应管网的优化布置和优化设计且能得到最佳控制面积。利用解的不可行度对随机产生的初始种群进行选择以改善种群质量,利用罚函数法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。结果表明:双向毛管田间管网在控制面积及单位面积投资两方面均优于单向毛管田间管网,推荐以双向毛管田间管网优化结果为基础进行骨干管网的优化,算法收敛性能稳定,具有较高的计算精度,此优化设计研究成果对自压微灌系统设计及区域管网优化设计具有一定的实际意义。     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析

田间管网是微灌系统的最基本设计单元,该部分规划设计的合理性直接影响到整个微灌系统的工程投资及运行费用。将田间管网作为一个整体,分别以单位面积年费用最低及控制面积最大为目标,在不限定田间管网形状及面积的情况下建立毛管单向布置及双向布置田间管网优化设计数学模型。分析了毛管管径、灌水器设计流量、灌水器间距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系数及流态指数对田间管网优化结果的影响,并对两种布置模式下田间管网的优化结果进行了对比。实例计算结果表明:较小的毛管管径、灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数、较大的灌水器间距有利于减小田间管网单位面积年费用,减小的百分比为0.55%～57.42%;较大的毛管管径及灌水器间距、较小的灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数有利于增大田间管网控制面积,增大的百分比为18.31%～925.94%;毛管双向布置田间管网在单位面积年费用及控制面积两方面均优于毛管单向布置田间管网,毛管双向布置田间管网单位面积年费用较毛管单向布置降低0.59%～9.58%,控制面积较毛管单向布置增大9.67%～186.57%。结果可为不限定面积情况下微灌田间管网的优化设计提供依据。