均匀坡支管定位速算法
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摘要:针对微灌工程设计,提出了新的计算方法――速算法,应用Excel电子表格软件,编制计算表进行计算,可供设计工作者使用。
中图分类号:TV22 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)01-0190-01
微灌工程设计工作中,经常遇到地形坡度均匀,支管平行与等高线布置;使用非补偿式灌水器;毛管在支管两侧采用双向布置的方案,确定支管位置非常重要。按照上下坡毛管的铺设长度不相同、进口工作压力水头应相同、末端的工作压力水头相同或接近的基本原则,通常采用《微灌工程技术规范(SL103-95)》(后文简称规范)附录C中公式计算,计算工作较烦琐。根据原则,参考有关文献资料,经过公式推导,得出了较简单的试算方法――速算法。
1公式推导
图1 均匀坡上支管与毛管分布示意图
图2毛管工作压力水头分布示意图
(1)上下坡毛管的铺设长度合计为L,(m),(AB段)。(2)下坡毛管的铺设长度为L1,(m),(A0段);(3)上坡毛管的铺设长度为L2,(m),(0B段);则L=L1+L2(1) L2=L-L1 (2)
(4)沿毛管地形比降为J ;(5)上下坡毛管进口与末端之间地形高差分别为Z2、Z1(m);则 JL1=Z1(J
(6)上下坡毛管分流孔数合计为NZ;上下坡毛管分流孔数分别为N2、N1;则Nz=N2+N1 (6) N2=Nz-N1(7)
(7)分流孔间距为S,(m);则 L=S(Nz-1)(8)L1=S(N1-1)+S0 (9)L2=S(N2-1)+S0(10)L2=S(Nz-N1-1)+S0(11)
式中:S0―多孔管进口至首孔的间距,m;取S0=S/2
则L1=S(N1-0.5)(12)L2=S(N2-0.5)(13)L2=S(Nz-N1-0.5) (14)
(8)分别将(8)、(12)、(13)式代入(3)、(4)、(5)式得JS(N1-0.5)=Z1 (15)JS(N2-0.5)=Z2(16)JS(Nz-1)=Z2+Z1(17)
(9)上下坡毛管工作压力水头损失分别为hf2、hf1,(m);
计算公式①:hf2=kFfL2Q21.75/d4.75(18)hf1=kFfl1Q11.75/d4.75(19)
式中:k―水头损失扩大系数,取1.1;F―多孔系数,取0.366(N>50,x =0.5);f―摩阻系数,取0.505(水温10℃);
d―管道内径,mm;Q2、Q1-分别为上下坡毛管进口流量,L/h;
则Q2=N2qd(20)Q2=(Nz-N1)qd(21)Q1=N1qd (22)
式中:qd―单孔设计流量,L/h;
(10)上下坡毛管进口工作压力水头分别为h02、h01,(m);
计算式:h02=hn1+hf2+Z2(23)h01=hn1+hf1-Z1(24)
式中:hn2、hn1―分别为上下坡毛管末端工作压力水头,m;
(11)上下坡毛管极限孔数分别为Nm2、Nm1(Nm1≤N1,Nm2≤N2);上下坡毛管进口最大工作压力水头分别为hmax1、hmax2,(hmax2≤h02、hmax1≤h01);上下坡毛管末端最小工作压力水头分别为hmin2、hmin1,(hmin2≤hn2、hmin1≤hn1);
(12)按照上下坡毛管进口与末端工作压力水头相同要求,
令:h02=h01(25)hn2=hn1(26)
(13)将(15)、(16)、(18)、(19)、(20)、(22)、(23)、(24)、(25)、(26)式代入规范毛管工作水头偏差率计算式:h= ,整理得
h=(27)
h=(28)
上坡毛管极限孔数计算公式:
J=-(29)
下坡毛管极限孔数计算公式:
J=-(30)
式中:hυ―毛管允许工作水头偏差率;[h2]―毛管允许工作水头偏差值,m;hd―灌水器设计工作水头,m。其它与上相同。
(14)上下坡毛管分流孔数合计极限计算值为Nzj;则
Nzj=Nm2+Nm1 (31)
(15)由(23)式与(24)式合并得hf1-hf2=Z2+Z1 (32)
(16)将(5)、(8)、(17)、(18)、(19)、(21)、(22)式代入(32)式或由(27)式与(28)式整理得
计算公式:-=JL
=((N1qd)1.75S(N1-0.5)-((Nz-N1)qd)1.75S(Nz-N1-0.5))=JS(Nz-1)(N11.75(N1-0.5)-(Nz-N1)1.75(Nz-N1-0.5))=J(33)
(N11.75(N1-0.5)-(Nz-N1)1.75(Nz-N1-0.5))=J(34)
2结语
计算公式中只有Nm1、Nm2及N1为变量,因此进行试算较简单。实际应用当中确定分流孔总数及支管定位点,经过消除计算偏差处理,精度可满足设计要求。通过计算偏差分析及实例对照计算,说明此方法可以运用到微灌工程设计实际工作中。对于支管顺逆坡铺设长度和干管定位,同样可采用此方法。
参考文献:
[1]顾烈烽.滴灌工程设计图集[M].北京:中国水利电力出版社,2005.114-116.