第三節　樹枝形管網水力計算

一、方法步驟

根據噴微灌系統樹枝形管網的特點和水力計算的任務，可采用下列計算步驟：

（1）計算管道（管段）流量。

（2）確定管道（管段）直徑。

（3）計算各級管道水頭損失。

（4）計算輸配水干管進口工作水頭。

二、管道（管段）流量的計算

噴微灌系統管網有明確的級別，任一輸配水管道（管段）的流量等于由該管道（管段）同時供水的下一級管道流量之和，可用式（5-7）表示：

三、管道直徑的確定

設計時因考慮的因素不同，一種流量可以有多種管道直徑方案，一般應從安全和經濟兩方面協調考慮確定合理的管徑。主要介紹下列幾種方法供參考。

1.以流速為指標的方法

當以經濟流速為指標時，常取v＝0.6～1.4m/s。

大管徑的經濟流速可用得大些，小管徑的經濟流速應用得小些（參考文獻［11］）：

D＝100～400mm，可采用v＝0.6～0.9m/s；

D＞400mm，可采用v＝0.9～1.4m/s。

當以安全流速為指標時，取安全限制流速（參考文獻［11］）：

v＝2.5～3.5m/s

2.經濟管徑方法

經濟管徑是指管道建設投資年折舊費與平均年運行費之和最小的直徑。它與諸多因素有關：管材類型；因時、因地變化的管材和施工安裝價格；運行能源類型與價格、以及維護管理費用等。可見，管道經濟管徑因材、因時、因地而異。對于塑料管道可采用式（5-9）估算經濟管徑，考慮的因素較全面，但計算較麻煩。

因為a、b是根據管材系列價格通過回歸分析求得，而管材系列價格因時、因廠商而變，使用式（5-9）估算經濟管徑時，應針對當時實際情況確定。張志新針對2006年的相關因素，對PVC-U管材系列價格回歸分析得到a、b值，得到經濟管徑估算公式（參考文獻［33］）：

3.經驗公式方法

各種管道技術標準規定了各自的規格系列，每一種規格規定了管道直徑（外徑）、管壁厚度和承壓指標。設計時，可根據采用的管材類型，由上述方法計算結果，估計計算管道需要的承壓能力，對照國家和行業技術標準選定合適的管道規格。

管道直徑的確定是管網水力計算一個十分重要的問題，既有經濟問題，又有安全問題。此外，計算發現，上列不同公式計算結果可能相差甚大。可見，要選擇合理的管徑，設計者的經驗十分重要。

四、輸配水管道進口工作水頭計算

管道進口工作水頭等于由其供水的最不利末級（或下級）管道進口工作水頭與其進口之間各級、各段管道水頭損失之和，加該管道進口與最不利末級（或下級）管道進口處的高差，用式（5-13）計算。

【計算示例5-1】

某微灌系統輸配水管網為樹枝形管網，地面坡度2%，如算例圖5-1-1。系統采用輪灌工作制度，灌水小區設計確定支管進口流量和工作水頭見算例表5-1-1所示，各級管道長度如算例表5-1-2，主干管和分干管為聚氯乙烯管。試計算確定該管網主干管和分干管直徑及主干管進口工作水頭。

解：

（1）確定管道流量。任一輸配水管道（管段）的流量等于由該管道（管段）同時供水的下一級管道流量之和，計算結果如算例表5-1-3。

（2）選擇管道直徑。用式（5-8）估算管道內徑，取v＝0.9m/s，Q的單位采用m3/h，直徑單位用mm，則：

參見《灌溉用塑料管材和管件技術參數及技術條件》（GB/T　23241—2009），選擇管道直徑如算例表5-1-4　。

（3）計算管道水頭損失。由于本灌區地面坡度均勻，分干管和支管對稱等長度布置，各輪灌組支管進口流量和工作水頭相等，1分干管、3分干管、5分干管逆坡布置，可知輪灌組3、4工作支管為最不利末級管道，且兩組計算結果將是相等。

取局部損失加大系數k＝1.05，由式（5-4）和式（5-6）查表5-2得管道水頭損失計算公式：

由最遠支管起逐段計算水頭損失：

分干管5　　　

主干管C-D段　　　

主干管B-C段　　　

主干管A-B段　　　

（4）計算主干管進口工作水頭。用式（5-13）計算主干管道進口工作水頭：

H0＝Hm＋∑ΔHi＋ΔZ

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