鸿业市政管线软件在滴灌工程设计中的应用

李建国，贾冬梅，田浩业，车洪军

（1.天津市中水科技咨询有限责任公司，天津 300171；2.天津市排水管理事务中心第七排水管理所，天津 300400；3.华北水利水电工程集团有限公司，天津 300171）

滴灌是近年发展起来的一项高效节水灌溉技术，其利用塑料管道将水通过直径约10 mm 毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，是干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，可将水的利用率提高到95%。滴灌系统主要由首部枢纽、管路和滴头3个部分组成，其中首部枢纽包括水泵（及动力机）、施肥罐、过滤器、控制与测量仪表等，其作用是抽水、施肥、过滤，以一定的压力将一定数量的水送入干管；管路系统包括干管、支管、毛管以及必要的调节设备（如压力表、闸阀、流量调节器等），其作用是将加压水均匀地输送到滴头；滴头的作用是使水流经过微小的孔道，形成能量损失，减小其压力，使其以点滴的方式滴入土壤中。

在整个滴灌设计中管网水力计算是重要的一环。通过管网水力计算确定水源点压力，进而确定水泵的选型。目前，市面上专门用于滴灌设计的商业软件并不多见，在进行滴灌设计时，多数技术人员主要还是依据《微灌工程技术标准》（GB/T50485-2020）从末级滴头工作水头计算起来，逐级汇总计算毛管、支管、干管端部压力，在滴灌设计中为避免流量过于集中，在制定灌溉制度时需设置轮灌组。在确定水源点压力时，需以不同轮灌组为对象进行控制计算，并以最大的水源点压力作为选泵的依据。因此，往往需要经过多次重复计算才能得到最后的结论，此时如能使用软件进行计算，则可大幅提高工作效率。

1 研究方法

鸿业市政管线软件是鸿业科技开发的建筑类系列CAD 软件产品之一，是国内最早研制并推出的专业市政管线类软件，目前主要用于给水管网平差、雨水计算、污水计算等，计算数据可自动从图面上提取，把设计人员的计算工作量降至最低[1]。与给水管网计算不同的是，滴灌工程中的轮灌组设计要求每次仅开启一个或几个轮灌组，而给水管网则要求所有管道同时开启，因此在滴灌管网建模时仅需将同时开启的轮灌组作为模型即可，两者在反算水源点压力上程序是一致的，区别仅在于控制运行方式有所不同，这便为鸿业市政管线软件在滴灌设计中进行应用提供了可能。值得注意的是，在布置管线时通常做到支管一级，根据《微灌工程技术标准》（GB/T50485-2020），滴头正常工作通常应满足不低于10 m 水头，支管末端最低控制水头通常需要根据毛管控制段长度并结合相关经验进行判断，出于安全性考虑，通常要求支管末端控制点水头应不低于15 m。另外，管径的确定也是一个关键问题。管径选得太大，一定程度上会降低管道水头损失，从而降低水泵扬程，但相应会增加工程投资；管径选得太小，尽管能较大程度地降低管网投资，但相同过流条件下，由于管道流速增大，势必会增加水泵扬程，同样会增加后期运行成本[2-4]。为了使投资和运行费用更合理化，《建筑给水排水设计标准》（GB50019-2019）规定了不同管径下的合理给水流速，这一流速通常被称为经济流速。

2 实例分析

2.1 工程概况

某高标准农田地处华北平原，地块面积约26.67 hm2，主要种植作物为果树，种植走向为南北向。由于当地属典型的缺水地区，为提高农业用水效率，拟投资建设高效节水灌溉工程，考虑种植作物为果树，灌溉方式拟采用滴灌，灌溉水源选用当地水源井。

2.2 控制性轮灌组的确定

根据滴灌系统规划，本片区共规划8 个灌水小区，每个灌水小区控制灌溉面积约为3.33 hm2，为满足作物正常灌水周期需求，计划每个灌水小区作为一个轮灌组。控制性轮灌组的确定一般考虑2个方面因素：①距离水源点最远的轮灌组，由于管线较长，引起沿程水头损失增大；②地面高程较高的轮灌组，其高程越高，就需要更高的水头来满足滴头压力[5]。由于本片区地势平坦，故可按平坡设计，在确定控制性轮灌组时，主要考虑距水源点最远的轮灌组作为控制性轮灌组，如图1所示。

图1 控制性轮灌组布置

2.3 管网平差计算

2.3.1 管网计算模型构建

在确定控制性轮灌组后，下一步需进行管线布置，本工程中干管为水源点至轮灌组沿线主管，分干管垂直干管布置，支管垂直分干管布置，毛管垂直支管布置，干管、分干管均采用地埋敷设，埋深根据当地冻土层厚度确定，支管、毛管布置于地表。在完成管线布置后，导入鸿业市政管线软件生成管网计算模型，利用软件完成各节点编号，结果如图2所示。

图2 管网计算模型

2.3.2 水源点压力反算

在鸿业市政管线软件中，需定义各节点流量，本项目中管网模型计算到支管一级，支管节点流量根据该支管控制灌溉流量确定。模型中定义节点1为水源点，则节点1流量即为管网系统总流量，为避免水源点流量重复计算，在软件中仅赋予外部节点（如BQ7）流量值，而内部节点（如BQ6）流量值则赋为0。为确保控制性轮灌组内所有节点均能正常灌溉，需对模型中最低控制水头进行赋值，本项目按最低水头15 m 控制。另外，管径采用经济流速法确定，经计算，干管计算管径为350～315 mm，分干管计算管径为200 mm，支管计算管径为90 mm，模型计算结果详见表1—2。

表1 管道参数计算结果

2.4 结果分析

根据模型计算结果，水源点计算流量为111.041 L/s，水源点计算压力为29.637 m，管道计算流速相对合理，基本位于经济流速范围，计算流量、水压可用于水泵的选型。此外，通过鸿业市政管线软件的节点编号及管线长度提取功能，借助Excel的SUMIF 及VLOOKUP 等函数可以较为便捷地获得管道工程量，从而较大幅度提高设计工作效率[6]。

表2 节点参数计算结果

3 结语

笔者结合自身在供水管网设计中的实践经验，通过对比分析供水管网与滴灌工程设计的相同点和不同点，结合滴灌设计特性，首次将鸿业市政管线软件用于滴灌工程设计，在管网平差计算中，通过软件可以更加快捷地计算水源点压力，避免了公式计算的重复进行，同时计算结果的准确性更佳。另外，鸿业市政管线软件的节点编号及管线长度提供功能对于管网工程量的统计也更为便捷，有助于滴灌工程设计效率的提高。