请点击下图，灌溉知识圈公众号感谢您对冠名商家的支持！
注意：本文仅代表作者个人观点，不代表任何权威法规或事实。请勿当作正式参考文献。点击蓝字部分可阅读更多内容。
灌溉管网的设计和运行是智慧灌溉系统中的两个关键环节，它们各自有不同的重点和目标，但也存在一些共通之处。下面我们详细探讨这两个环节的异同，以及需要解决的管网水力分析问题。
灌溉管网分析的异同
1. 设计阶段
目标：
确保系统可靠性：设计阶段的主要目标是确保灌溉系统在各种条件下都能稳定运行，满足作物的需水要求。
优化资源利用：通过合理布局和选型，最大限度地提高水资源和能源的利用效率。
成本控制：在保证系统性能的前提下，尽可能降低建设成本。
主要工作：
需求分析：根据农田面积、作物类型、土壤特性、气象条件等，确定灌溉需求。
管网布局：设计管网的总体布局，包括主管道、支管道和毛细管道的位置和走向。
管径选择：根据流量需求和压力损失，选择合适的管径和材料。
设备选型：选择适合的泵站、阀门、过滤器、流量计等设备。
水力计算：进行详细的水力计算，确保管网各部分的压力和流量满足要求。
施工图纸：绘制详细的施工图纸，指导现场施工。
2. 运行阶段
目标：
高效运行：确保灌溉系统在实际运行中能够高效、稳定地工作，满足作物的需水需求。
故障诊断：及时发现并解决系统中的故障，保证系统的正常运行。
维护保养：定期进行系统维护和保养，延长设备使用寿命。
优化调整：根据实际运行情况，不断优化灌溉策略，提高系统的整体性能。
主要工作：
系统开启：按照设计要求启动灌溉系统，检查各部分是否正常运行。
实时监控：通过传感器和监控系统，实时监测管网的压力、流量、水质等参数。
故障排除：及时发现并处理管道堵塞、漏水、设备故障等问题。
数据记录：记录运行数据，包括灌溉时间、水量、能耗等，为后续分析提供依据。
优化调整：根据实际运行数据，调整灌溉策略，如改变灌溉时间、流量等，以提高灌溉效果。
维护保养：定期检查和维护管道、泵站、阀门等设备，确保系统长期稳定运行。
管网水力分析计算
在管网水力分析计算的问题上，设计和运行阶段的异同点如下：
一、相同点
基础原理相同
无论是设计阶段还是运行阶段，管网水力分析计算都基于流体力学的基本原理，如伯努利方程、连续性方程等。例如，在计算管道中的流量和压力损失时，都需要考虑管道的长度、直径、粗糙度以及流体的流速等因素。
都要考虑水头损失，水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失，其计算方法在设计和运行中基本一致，通常采用达西 - 韦斯巴赫，国内常用设计规范公式和局部阻力系数法等计算。
目标有相似性
都旨在确保管网系统能够满足特定的需求。在设计时，要确保设计出的管网能够在各种预期工况下为用户提供足够的水量和压力（灌溉管网水力分析计算，通常选择最不利条件）；在运行时，要保证实际运行的管网能够持续稳定地满足用户灌溉的实时用水需求。
都需要考虑可靠性。设计阶段要考虑管网在未来长期使用中的可靠性，选择合适的管材、管径和布局，以减少故障发生的可能性；运行阶段要通过传感器监测和日常维护来确保管网的可靠性，及时发现和处理管道泄漏、堵塞等问题。
数据收集需求
都需要收集大量的相关数据。设计阶段需要收集地形地貌、用户需求、水源情况等数据；运行阶段需要收集实时的流量、压力、水质等监测数据。例如，在设计管网时，需要了解灌区的地形高程、作物用水需求的规范数据等信息；在运行阶段，通过安装在管网中的流量计、压力传感器等设备，收集实时的流量和压力数据，以便进行水力分析和优化调度。
对数据准确性要求高。不准确的数据会导致水力分析结果出现偏差，影响设计的合理性和运行的稳定性。无论是设计还是运行，都需要采用可靠的测量方法和设备，确保数据的准确性。
二、不同点
考虑因素的侧重点不同
设计时更侧重于未来的需求和规划。要考虑未来灌溉用水需求变化等因素，预留一定的余量，以保证管网在较长时间内能够满足需求。例如，在设计新灌溉区的输水管网时，要根据规划设计规范计算作物用水需求，选择合适的管径和泵站规模。
运行时更关注实际的运行状况和变化。需要实时监测管网的流量、压力、水质等参数，根据实际情况进行管网参数的调整和优化。例如，在设计时，支毛管的在线计算采用：
支（毛）管的水力计算器 - 灌溉大师
http://www.irripro.com.cn/nd.jsp?id=467&fromMid=442
计算时假定，灌水器的出流量是不变的，用管道的水压力变化小于20%来保证假定条件成立。计算时不用考虑沿程水头变化引起的灌水器出水流量变化。
实际上，灌水器因沿程工作压力的变化会引起出流量的变化，这种变化，如果设计时使用的管径过小，变化还是十分明显的。具体可以使用：
从输入数据拟合出 q=f(H) 函数，并显示图形的在线计算器 - 灌溉大师
http://www.irripro.com.cn/nd.jsp?id=470&fromMid=442
计算精度要求不同
设计阶段通常需要进行较为粗糙的计算，以确保管网的设计在最不利条件下，能够满足各种工况下的要求。例如，在设计长距离输水管道时，需要保证最远端的轮灌组工作时的流量，来计算管道的水头损失，以确定泵站的扬程足够大，确保输水的远端的水压稳定。
运行阶段的计算精度要求相对较高，更注重实时性和实用性。运行时的水力分析主要用于指导调度和故障处理，快速获取大致的水力状况即可满足需求。例如，在处理管道泄漏事故时，通过管网数学模型的运行条件下的模拟计算，快速估算并锁定泄漏点和影响范围，以便及时采取措施进行修复。
运行阶段用在线计算类似的计算方法解决数字模型的问题：
管件的 Q~H 函数的最大似然估计计算器 - 灌溉大师
http://www.irripro.com.cn/nd.jsp?id=472&fromMid=442
计算的时效性不同
设计阶段的水力分析计算通常是在项目建设之前进行，有相对保守的数据进行计算和优化。设计师可以采用较为简单的计算公式和方法，对不同的设计方案进行比较和分析，以选择最优的设计方案。
运行阶段的水力分析计算需要及时响应实际运行中的变化，具有较高的时效性。运行人员需要在短时间内获取水力状况信息，以便做出决策。例如，在管网出现突发故障时，需要迅速进行水力模拟分析，确定故障影响范围。
输入参数的确定性不同
设计阶段的输入参数通常是基于预测和规划的数据，具有一定的不确定性。例如，用水需求预测可能会受到作物生长、生育期、气候变化等因素的影响，存在一定的误差。设计师在考虑这些不确定性因素，采用适当的安全系数和设计余量。
运行阶段的输入参数是实时监测得到的数据，确定管道的计算参数的变化。同时运行过程中也可能会出现一些意外情况，如管道破裂、阀门故障等，导致输入参数发生变化。运行人员需要及时应对这些变化，调整水力分析计算结果。
目的和应用场景不同
设计阶段的水力分析计算主要用于管网的规划、设计和优化。通过计算确定管道的直径、长度、坡度、泵站的位置和扬程等参数，以保证管网系统的合理性和经济性。例如，在设计管网时，需要根据灌溉面积规模和规范给出的作物耗水量要求，进行水力分析计算，确定管道的尺寸和布局。
运行阶段的水力分析计算主要用于管网的运行管理和调度。通过实时监测和数学模型分析管网的水力状况，调整泵站的运行参数、阀门的开度等，以保证管网的输水的可靠和安全、稳定运行，提高运行效率和节能降耗。
软件分析手段
1. 水力分析软件：
使用专业的水力分析软件（如EPANET、SWMM等），建立灌溉管网的水力计算模型。
输入管网的参数（如管径、长度、坡度等）、设备参数（如泵站、阀门等）和运行参数（如流量、压力等）。直接用给排水的管网计算软件需要进行适应灌溉系统的调整。好在现在网上就有许多在线计算小程序，可以解决小型灌溉管网设计计算问题。有兴趣可以访问：www.irripro.com.cn 的在线水力计算网页。
2. 进行稳态分析：
计算管网在不同工况下的压力分布和流量分布。
检查各节点的压力和流量是否满足输水要求，保证水头损失在允许的范围内，确保没有超压或欠压现象。
3. 进行瞬态分析：
模拟管网在启动、停止、故障等瞬态条件下的水力行为。
分析水锤效应、气囊形成等瞬态现象，提出相应的防护措施。
4. 优化设计：
根据水力分析结果，优化管网布局和设备选型。
调整管径、泵站位置等，以减少压力损失和能耗。
5. 实时监控与调整：
在运行阶段，通过传感器实时监测管网的压力和流量。
使用SCADA系统（Supervisory Control and Data Acquisition）进行远程监控和控制。
根据实时数据，调整泵站的运行参数，优化灌溉策略。
6. 故障诊断与修复：
使用水力模型进行故障诊断，快速定位问题所在。
采取相应的修复措施，如更换损坏的管道、清理堵塞的过滤器等。
7. 长期数据记录与分析：
记录管网运行的长期数据，包括压力、流量、能耗等。
进行数据分析，评估系统的运行效果，提出改进措施。
通过以上方法，可以有效地解决灌溉管网的设计和运行管理的水力分析问题，确保系统在设计和运行阶段都能高效、稳定地工作，满足农业灌溉的需水要求。
