第三节　树枝形管网水力计算

一、方法步骤

根据喷微灌系统树枝形管网的特点和水力计算的任务，可采用下列计算步骤：

（1）计算管道（管段）流量。

（2）确定管道（管段）直径。

（3）计算各级管道水头损失。

（4）计算输配水干管进口工作水头。

二、管道（管段）流量的计算

喷微灌系统管网有明确的级别，任一输配水管道（管段）的流量等于由该管道（管段）同时供水的下一级管道流量之和，可用式（5-7）表示：

三、管道直径的确定

设计时因考虑的因素不同，一种流量可以有多种管道直径方案，一般应从安全和经济两方面协调考虑确定合理的管径。主要介绍下列几种方法供参考。

1.以流速为指标的方法

当以经济流速为指标时，常取v＝0.6～1.4m/s。

大管径的经济流速可用得大些，小管径的经济流速应用得小些（参考文献［11］）：

D＝100～400mm，可采用v＝0.6～0.9m/s；

D＞400mm，可采用v＝0.9～1.4m/s。

当以安全流速为指标时，取安全限制流速（参考文献［11］）：

v＝2.5～3.5m/s

2.经济管径方法

经济管径是指管道建设投资年折旧费与平均年运行费之和最小的直径。它与诸多因素有关：管材类型；因时、因地变化的管材和施工安装价格；运行能源类型与价格、以及维护管理费用等。可见，管道经济管径因材、因时、因地而异。对于塑料管道可采用式（5-9）估算经济管径，考虑的因素较全面，但计算较麻烦。

因为a、b是根据管材系列价格通过回归分析求得，而管材系列价格因时、因厂商而变，使用式（5-9）估算经济管径时，应针对当时实际情况确定。张志新针对2006年的相关因素，对PVC-U管材系列价格回归分析得到a、b值，得到经济管径估算公式（参考文献［33］）：

3.经验公式方法

各种管道技术标准规定了各自的规格系列，每一种规格规定了管道直径（外径）、管壁厚度和承压指标。设计时，可根据采用的管材类型，由上述方法计算结果，估计计算管道需要的承压能力，对照国家和行业技术标准选定合适的管道规格。

管道直径的确定是管网水力计算一个十分重要的问题，既有经济问题，又有安全问题。此外，计算发现，上列不同公式计算结果可能相差甚大。可见，要选择合理的管径，设计者的经验十分重要。

四、输配水管道进口工作水头计算

管道进口工作水头等于由其供水的最不利末级（或下级）管道进口工作水头与其进口之间各级、各段管道水头损失之和，加该管道进口与最不利末级（或下级）管道进口处的高差，用式（5-13）计算。

【计算示例5-1】

某微灌系统输配水管网为树枝形管网，地面坡度2%，如算例图5-1-1。系统采用轮灌工作制度，灌水小区设计确定支管进口流量和工作水头见算例表5-1-1所示，各级管道长度如算例表5-1-2，主干管和分干管为聚氯乙烯管。试计算确定该管网主干管和分干管直径及主干管进口工作水头。

解：

（1）确定管道流量。任一输配水管道（管段）的流量等于由该管道（管段）同时供水的下一级管道流量之和，计算结果如算例表5-1-3。

（2）选择管道直径。用式（5-8）估算管道内径，取v＝0.9m/s，Q的单位采用m3/h，直径单位用mm，则：

参见《灌溉用塑料管材和管件技术参数及技术条件》（GB/T　23241—2009），选择管道直径如算例表5-1-4　。

（3）计算管道水头损失。由于本灌区地面坡度均匀，分干管和支管对称等长度布置，各轮灌组支管进口流量和工作水头相等，1分干管、3分干管、5分干管逆坡布置，可知轮灌组3、4工作支管为最不利末级管道，且两组计算结果将是相等。

取局部损失加大系数k＝1.05，由式（5-4）和式（5-6）查表5-2得管道水头损失计算公式：

由最远支管起逐段计算水头损失：

分干管5　　　

主干管C-D段　　　

主干管B-C段　　　

主干管A-B段　　　

（4）计算主干管进口工作水头。用式（5-13）计算主干管道进口工作水头：

H0＝Hm＋∑ΔHi＋ΔZ

　＝17.50＋（0.73＋0.8＋1.05＋0.64）＋0.02×100＝22.72m