5 壓力管道灌溉優化設計存在問題及展望

5.1 主要存在的問題

近年來，隨著國內外壓力管道輸水灌溉技術的較快發展，關于其優化設計的算法及軟件雖然層出不窮，但值得思考的問題依然很多，主要表現在以下幾個方面：

（1）各種算法的適應性問題分析不夠。目前，有關壓力管道灌溉系統優化設計方法很多，但大多研究僅局限于單個算法的尋優過程，而對其解決實際問題的效果、精度及適用性對比分析尚無明確的界限。

（2）傳統優化算法中關于管材和管件的經濟模型普適性差。管材及管件費用是決定灌溉管道系統工程費用的主要因素，是管道系統優化中確定目標函數的主變量。由于管材的多樣性，目前建立的管徑與費用的經濟模型僅僅反映某個類型管材當前的市場情況，通用性差，當管材類型、市場價格等發生變化后，就不能應用，也就影響了管道系統的優化結果。

（3）偏重管徑優化，輕視管網布置形式。目前，壓力管道灌溉系統的管網布置優化研究相對較少，實際地形在管道系統優化模型中常常重視不夠。不僅管道的壓力水頭和灌溉管網的布置形式受實際地形的影響較大，整個管道管網系統的優化設計方案也與實際地形密切相關。

（4）現有研究中多數優化設計模型的構建有待驗證與完善。在與工程實際相結合的壓力管道灌溉優化設計過程中，如果選用的優化模型過于簡單，那么只能對灌溉管網局部進行優化，將得不到滿意的總體優化效果；如果選用過于復雜的優化模型，不僅計算量較大，而且優化過程較繁雜，工程設計人員掌握起來將相對困難，不利于其推廣應用。因此，綜合考慮各種影響因素，采用可行的算法研究實用的優化模型是當前壓力管道灌溉工程優化設計的重要內容。

（5）壓力管道灌溉優化設計軟件的研發水平有待提高。目前通用性強、應用推廣程度高的優化設計軟件比較缺乏，現有優化設計軟件多存在人機界面不完善、功能不全面、可操作性較差、適應性不強等缺陷。因此，對一種或幾種比較方便、實用的優化設計軟件進行標準化研究及推廣應用是目前一項重要的研究內容。

5.2 展望

鑒于國內外壓力管道輸水灌溉技術的發展現狀及其優化設計中存在的問題，今后關于壓力管道輸水灌溉優化設計的研究重點主要有以下幾個方面。

（1）合理確定約束條件。在壓力管道輸水灌溉工程優化設計中，需要針對高效節水灌溉的實際需求，建立實用的優化模型，綜合考慮各種因素對模型求解的影響，以確定約束條件。因為壓力管道灌溉系統的經濟適用性除了與灌溉規模、作物需水量、作物種類及作物生長規律密切相關外，與工程實施地的社會經濟狀況、水源狀況、地形條件、氣候氣象、土壤狀況等因素也密不可分。

（2）完善現有優化設計方法。一是需著重研究各種算法的實用性與通用性；二是要重點研究多目標決策的優化方法，在優化過程中對灌溉系統的投資費用、管材選擇、管路布置、運行能耗等多個指標進行綜合考慮；三是需充分利用現代計算機強大的計算功能，開發輸配水管網仿真系統，加快管網優化與仿真技術的融合。

（3）拓寬壓力管道輸水灌溉優化設計研究思路。結合其他相關學科，對優化目標及約束條件進行綜合考慮，在優化設計過程中兼顧建設區域的生態環境與農田小氣候的變化，因地制宜，以明確灌溉方式的轉變對生態環境的影響。

（4）需要研發通用性強、功能全面、操作性好、性價比高的壓力管道輸水灌溉優化設計軟件，從而促進其優化設計水平的提升，保證輸配水管道系統運行的安全性、穩定性和高效性，增加灌溉效益，提高管理水平。

6 結 語

我國人多水少，是一個水資源缺乏的國家，節水是水利事業發展的戰略重點。壓力管道輸水灌溉技術是一項適應性強、發展潛力大的重要節水措施。當前，我國現代農業集約化經營模式不斷推廣，高效節水灌溉也迅速發展，結合國內外的發展實踐，自流灌區、提水灌區等在更新改造過程中，都可以因地制宜地發展壓力管道輸水灌溉，以達到節水、增效、省地、省工的目的，適應灌區現代化的發展需求。隨著壓力管道輸水灌溉技術的廣泛推廣應用，對其優化設計的研究也越來越重要，因為這不僅是提升壓力管道灌溉工程設計管理水平、獲得其最佳灌溉效益的有力技術支撐，更是實現灌溉用水人水和諧、農業水資源可持續發展的重要途徑。

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Research Advances on Pressure Pipeline Irrigation Optimal Design

SHI Zhigang1，2，LIU Qunchang1，2，BAI Meijian1，2，ZHANG Shaohui1，2
（1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100048，China；2.National Center of Efficient Irrigation Engineering and Technology Research，Beijing100048，China）

Abstract：China is one of the 13 most water－scarce countries in the world，and water saving is a strategic national policy.Agriculture is a large water user，so the development of water－saving irrigation is an inevitable choice for modern agriculture sustainable development.At present，the pressure pipeline irrigation has been widely used in water－saving irrigation for its water－saving，reducing land，labor－saving，applicable to the current agricultural production responsibility system and other advantages.Based on the development of pressure pipeline irrigation technology all over the world，this paper summarized and analyzed the optimization of the objectives，traditional and intelligent optimization algorithms，optimization design software and other aspects on pressure pipeline irrigation design，and discussed some problems in the optimization design of pressure pipeline irrigation and prospecting the future research.

Keywords：pressure pipeline irrigation；optimization goal；algorithm；software

中圖分類號：S275.9

文獻標識碼：：A

文章編號：：1672—1144（2017）01—0001—07

DOI：10.3969／j.issn.1672－1144.2017.01.001

收稿日期：2016－04－24

修稿日期：：2016－06－21

基金項目：國家重點研發計劃項目（2016YFC0401403，2015BAD24B00）

作者簡介：師志剛（1991—），男，河南漯河人，碩士研究生，研究方向為節水灌溉工程技術。E－mail：szgwyyx＠126.com

通訊作者：劉群昌（1964—），男，河南南陽人，教授級高級工程師，主要從事節水灌溉工程技術研究。E－mail：liuqc＠iwhr.com

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