管网水力计算在节水灌溉设计中的应用

李 洪，王 寅，巩丽娟

（泰安市岱岳区水利局，山东 泰安 271000）

管网水力计算是节水灌溉设计的关键，水泵选型的基础。通过进行管网水力计算可以知道水在流动过程中受到的阻力大小，从而选择合适扬程的水泵，使其符合实际的使用要求。因此在节水灌溉设计中，管网水力计算尤为重要。

1 管网水力计算

1.1 管道水头损失的组成及计算方法

根据能量平衡原理，灌溉水在管道内流动时，为克服阻力，不可避免地消耗部分能量，称之为摩阻能量损失，若以测压管水柱高度表示摩阻能量损失，则称为水头损失。通常情况下，管道内水流的水头损失由沿程水头损失和局部水头损失两部分组成。按照公式（1）计算。

式中：H为管道水头损失，m；ΔHf为沿程水头损失，m；ΔHj为局部水头损失，m。

1.2 管网入口设计压力计算

管网入口是指管网系统干管进口，采用潜水泵或者深井泵的的井灌区，管网入口在机井的出水口处；使用离心泵的水源，管网入口在水泵出口处。按照公式（2）计算。

式中：Hin为管网入口设计压力，m；∑H为管道水头损失之和，m；ΔZ为设计控制点与管网入口地面高程之差，m；Hg为设计控制点与管网入口地面高程之差，m，本次设计取0.5 m。

1.3 水泵扬程计算

根据水源条件，选择适合的水泵。按照公式（3）计算。

式中：HP为水泵扬程，m；Hin为管网入口设计压力，m；ΔH连为首部枢纽与干管连接段管道水头损失，m；ΔH首为过滤器和肥料注入装置水头损失，m；ΔH吸为水泵吸水管水头损失，m；ΔZ1为动水位，m。

2 实例分析

在节水灌溉设计中，笔者以岱岳区某果树管道灌溉工程地块为例，针对不同水源的管网水力计算问题，是从末端出水口算到水源，还是从水源算到末端出水口，进行了详细的论述、比较，可供类似工程参考。

该地块采用地下水水源灌溉，项目区有机井1眼，机井位于整个项目区的最高处，机井出水量为50 m3/h，灌溉面积14.47 hm2，种植果树，采用管道灌溉方式。灌溉时，水泵先从机井提水至井房首部，利用压力引水到田间管网，然后采用田间的给水栓（出水口）接软管浇灌树盘。

2.1 初始设计

最初始设计该项目时，笔者直接按照常规管网水力计算方式进行计算，从给水栓（出水口）需要工作压力开始计算，然后支管、干管、泵管，计算出干管入口需要的压力，加上水泵的动水位，减去地块的高差，即得需要的水泵扬程，计算结果见表1。

表1 果树管道灌溉系统水力计算结果表

2.2 修正设计

设计完成后发现此项目机井在地块的高处，且地块高差比较大，只要提水到地面，田间可以实现自流灌溉。为此，笔者进行了设计修改，先保证提水到地面后，再进行后续灌溉，修正后的水力计算方法见表2、表3。

通过表2可知，确定水泵型号为流量50 m3/h，扬程169 m；通过表3计算可知，水泵提水到地面后，田间可以实现自流灌溉。

表2 果树管道灌溉系统水力计算结果表（水源工程）

表3 果树管道灌溉系统水力计算结果表（田间灌溉工程）

与表1计算结果相比，修改后的水泵提高了6级扬程，如果按照表1计算结果配套水泵，则根本无法提水到地面，更无法进行田间灌溉。

3 结语

常规的管网水力计算是在确定末级管道水 力损失的基础上，逐级计算支管、干管、首部损失，确定水泵选型。但在实际工程中，水泵直接从机井提水灌溉，当机井位于地块的高处时，计算中应先把水从机井提至地面，然后进行水源到田间的计算，以保证设计的实用性和经济性。