微灌田間管網(wǎng)布置與管徑同步優(yōu)化及影響因素分析

馬朋輝，胡亞瑾，劉韓生，李援農(nóng)

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

1 研究背景

近年來，我國水資源供需不平衡、水資源不足等問題日益凸顯。農(nóng)業(yè)作為我國的用水大戶，具有巨大的節(jié)水潛力。因此，發(fā)展節(jié)水灌溉尤其是微灌對緩解我國水資源供需不平衡、應(yīng)對我國水資源不足等問題有著重要的意義。微灌系統(tǒng)一般由水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)（干管、支管與毛管）、灌水器及控制、量測和保護(hù)裝置等組成，其中支管與毛管組成田間管網(wǎng)。田間管網(wǎng)是微灌系統(tǒng)的最基本設(shè)計單元，其投資占微灌管網(wǎng)系統(tǒng)的比重較大，開展田間管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計及其研究，有利于降低微灌工程投資、提高微灌效益。

目前田間管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計大多通過允許壓力差的優(yōu)化分配來實(shí)現(xiàn)，微灌設(shè)計中普遍認(rèn)為如果微灌系統(tǒng)田間管網(wǎng)的允許壓力差分配給支管比分配給毛管的比例少，田間管網(wǎng)的設(shè)計比較經(jīng)濟(jì)，但尚無通用的解析式可以表達(dá)各種地形條件下的分配比例問題。Wu等[1]提出允許壓力差分配給支管要比分配給毛管小的結(jié)論，但沒給出明確的界限；Keller等[2]認(rèn)為在平坦地形條件下，允許壓力差在支、毛管間的分配比例分別為0.45和0.55是經(jīng)濟(jì)的，但實(shí)際上田間管網(wǎng)布置形式不同，允許壓力差分配比例應(yīng)是變化的；楊建康等[3]以田間管網(wǎng)投資最省為目標(biāo)，推導(dǎo)出平坡情況下允許壓力差的最優(yōu)分配比例，改進(jìn)了Keller提出的只給一個固定常數(shù)的方法，使這方面研究推進(jìn)了一大步，但所求出的最優(yōu)管徑需按標(biāo)準(zhǔn)管徑調(diào)整，結(jié)果往往偏離最優(yōu)解；張志新[4]進(jìn)一步擴(kuò)展，推導(dǎo)出了均勻坡度情況下支、毛管允許壓力差最優(yōu)分配比公式。國內(nèi)外關(guān)于田間管網(wǎng)的研究主要集中在允許壓力差的最優(yōu)分配比例[1-4]、支管及毛管的優(yōu)化長度及管徑[5-9]、毛管允許最大鋪設(shè)長度[10-13]及雙向毛管最佳支管位置[14-17]等問題上。以往田間管網(wǎng)的優(yōu)化主要是在田間管網(wǎng)允許壓力差分配的基礎(chǔ)上，將支、毛管作為兩個獨(dú)立的單元進(jìn)行優(yōu)化，而田間管網(wǎng)允許壓力差分配比例的確定本身就是一個尚待進(jìn)一步研究的問題，允許壓力差在支、毛管間的分配同時受到技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的制約，與田間管網(wǎng)的布置、管徑及管長的選擇都有關(guān)系。因此，通過允許壓力差的分配將田間管網(wǎng)人為的分成支管和毛管兩個獨(dú)立的單元進(jìn)行設(shè)計是很難達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)的。李援農(nóng)等[18]和郭銘[19]研究了田間管網(wǎng)的整體優(yōu)化問題，但未考慮田間管網(wǎng)的能耗。

必須指出，田間管網(wǎng)允許壓力差的最優(yōu)分配比受到地形、管材現(xiàn)行價格、田間管網(wǎng)形狀等的影響[20]，此外還與田間管網(wǎng)的優(yōu)化目標(biāo)有關(guān)。前述田間管網(wǎng)允許水頭差最優(yōu)分配比的研究均是基于田間管網(wǎng)布置已定且以田間管網(wǎng)造價最低為目標(biāo)的情況。當(dāng)進(jìn)行灌溉水源充足且地面坡度均勻的大型灌區(qū)微灌管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計時，田間管網(wǎng)的形狀及尺寸不受地塊限制，需先確定單個典型田間管網(wǎng)的最優(yōu)布置及支、毛管管徑。當(dāng)以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，若采用前述允許水頭差分配的方法將田間管網(wǎng)分為支管和毛管兩個獨(dú)立的單元，需要在不同的布置情況下多次進(jìn)行允許水頭差的分配并比較優(yōu)化結(jié)果以確定最優(yōu)方案；此外，受毛管允許最大鋪設(shè)長度啟發(fā)，若以田間管網(wǎng)最大控制面積為優(yōu)化目標(biāo)，以往允許水頭差的分配方法則不適用。

本文將田間管網(wǎng)作為一個整體，避免允許壓力差在支、毛管間的人為分配，分別以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低及控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行布置和管徑的同步優(yōu)化，分析研究不同毛管管徑、灌水器設(shè)計流量、灌水器間距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系數(shù)及流態(tài)指數(shù)對田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用、支毛管長度、控制面積及毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置的影響，以期為微灌田間管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

2 微灌田間管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型

在田間管網(wǎng)控制范圍內(nèi)，若所有的毛管長度相同且沿毛管方向地面坡度不變，則構(gòu)成規(guī)則的田間管網(wǎng)。沿支管劃分管段，第一管段長為支管入口至第一條毛管的距離，其余管段長度為毛管的間距。沿毛管劃分管段，第一管段長為毛管入口至第一個灌水器的距離，其余管段長度為灌水器的間距。先假定田間管網(wǎng)內(nèi)灌水器為等量出流，以此進(jìn)行不同規(guī)模及形狀下田間管網(wǎng)的水力計算，然后根據(jù)所得田間管網(wǎng)內(nèi)各灌水器的壓力水頭依據(jù)灌水器流量公式計算灌水器實(shí)際出流量。田間管網(wǎng)內(nèi)所有毛管均選用同一規(guī)格管徑，支管不變徑。微灌田間管網(wǎng)布置形式如圖1所示。

田間管網(wǎng)中的支管和毛管均為多孔出流管，其沿程壓力變化主要受管道水頭損失及地面坡度的影響。田間管網(wǎng)中某一灌水器的壓力水頭為：

其中：

圖1 典型微灌田間管網(wǎng)示意圖

式中：Hk為田間管網(wǎng)中第k個灌水器的壓力水頭，m；Hin為田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭，m；k1為從田間管網(wǎng)入口到第k個灌水器所經(jīng)過的支管管段數(shù)；k2為從田間管網(wǎng)入口到第k個灌水器所經(jīng)過的毛管管段數(shù)；Im為支管方向地面坡度；Il為毛管方向地面坡度；Sl為毛管間距，即支管管段長度，m；Se為灌水器間距，即毛管管段長度，m；Jmi為支管第i管段的水力坡度；Jli為毛管第i管段的水力坡度；式（2）、式（3）中，毛管單向布置的田間管網(wǎng)，N=Nd；毛管雙向布置的田間管網(wǎng)，式（2）中N=Nu+Nd，式（3）中N=Nu或Nd；Nd為順坡毛管上灌水器的個數(shù)；Nu為逆坡毛管上灌水器的個數(shù)；α為考慮局部水頭損失的加大系數(shù)；f為摩阻系數(shù)；Nl為田間管網(wǎng)中的毛管條數(shù)；qd為灌水器設(shè)計流量，L/h；Dm為所選支管的標(biāo)準(zhǔn)管徑，mm；Dl為所選毛管的標(biāo)準(zhǔn)管徑，mm；m為流量指數(shù)；b為管徑指數(shù)。

2.1 毛管單向布置田間管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型毛管單向布置田間管網(wǎng)是指毛管沿垂直于支管方向布置于順坡側(cè)，水流由支管進(jìn)入毛管后向一個方向分流，其布置優(yōu)化主要是確定田間管網(wǎng)的控制面積及支、毛管長度。

2.1.1 毛管單向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低模型（SWSL-F）田間管網(wǎng)的進(jìn)口壓力水頭由灌水器工作壓力及支、毛管管段水頭損失等部分組成。當(dāng)以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，一方面要考慮降低田間管網(wǎng)投資，另一方面又要降低其運(yùn)行費(fèi)用。在其他因素都相同的情況下，要降低田間管網(wǎng)投資，則支、毛管管徑小，管段水頭損失大，所需田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭大，田間管網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用就將增加。反之若要降低運(yùn)行費(fèi)用，就要增大支、毛管管徑，則田間管網(wǎng)的一次性投入將增加。在滿足灌水均勻度的條件下如何進(jìn)行田間管網(wǎng)的布置，選擇支、毛管管徑及田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭以使單位面積年費(fèi)用最低就是這一部分所要解決的問題。以支管上毛管的條數(shù)、順坡毛管上灌水器的個數(shù)、支管管徑及田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭為決策變量，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)建立不限定面積情況下毛管單向布置田間管網(wǎng)布置和管徑同步優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。

（1）目標(biāo)函數(shù)。毛管單向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低，即

其中

式中：F為毛管單向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用，元/（hm2·a）；CRF為資金回收系數(shù)；p為年平均維修費(fèi)率；rm為支管首段余量比，即支管入口至第一條毛管的距離與毛管間距之比；rl為毛管首段余量比，即毛管入口至第一個灌水器的距離與灌水器間距之比；Cm為選用標(biāo)準(zhǔn)管徑的支管單價，元/m；Cl為選用標(biāo)準(zhǔn)管徑的毛管單價，元/m；Fb為田間管網(wǎng)運(yùn)行所需的年動力費(fèi)，元/a；E為電價，元/（kW·h）；r為年利率；t為折舊年限，a；T為田間管網(wǎng)年工作時數(shù)，h；Qin為田間管網(wǎng)入口流量，m3/h；η為水泵效率；Rn為凈灌溉定額，m3/（hm2·a）；A為田間管網(wǎng)控制面積，hm2；Ea為灌溉水利用系數(shù)。

（2）約束條件。

①灌水器工作水頭約束。灌水器的壓力水頭應(yīng)在其最大、最小工作壓力水頭范圍內(nèi)。

式中：Hmin為灌水器最小工作水頭，m；Hmax為灌水器最大工作水頭，m。

②流量偏差率約束。根據(jù)微灌工程技術(shù)規(guī)范[20]，微灌系統(tǒng)田間管網(wǎng)灌水器設(shè)計允許流量偏差率應(yīng)滿足下式的要求：

式中：qv為灌水器流量偏差率，%；qmax為灌水器最大流量，L/h；qmin為灌水器最小流量，L/h；[qv]為灌水器設(shè)計允許流量偏差率，%。

③灌水器平均流量約束

其中，對于毛管單向布置田間管網(wǎng)：

對于毛管雙向布置田間管網(wǎng)：

其中：

式中：qˉ為灌水器平均流量，L/h；qij為田間管網(wǎng)中第i條毛管上第j個灌水器的實(shí)際出流量，L/h；Hij為田間管網(wǎng)中第i條毛管上第j個灌水器的壓力水頭，m；K為灌水器的流量系數(shù)；x為灌水器的流態(tài)指數(shù)；Cmv為灌水器的制造偏差系數(shù)，一般應(yīng)由灌水器制造商提供，也可通過測試樣品的方法來求得[21]；u為服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)。

2.1.2 毛管單向布置田間管網(wǎng)控制面積最大模型（SWSL-A）田間管網(wǎng)控制面積越大，給定灌溉區(qū)域內(nèi)田間管網(wǎng)數(shù)量就越少，有利于簡化微灌干管管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，減少操作灌水閥門的勞動量，便于管理。在滿足灌水均勻度的條件下進(jìn)行田間管網(wǎng)布置，選擇支、毛管徑及田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭以使控制面積最大就是這一部分所要解決的問題。以支管上毛管的條數(shù)、順坡毛管上灌水器的個數(shù)、支管管徑及田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭為決策變量，以田間管網(wǎng)控制面積最大為目標(biāo)函數(shù)建立毛管單向布置田間管網(wǎng)布置和管徑同步優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。

（1）目標(biāo)函數(shù)。毛管單向布置田間管網(wǎng)控制面積最大，即

式中：A為毛管單向布置田間管網(wǎng)控制面積，hm2。

（2）約束條件。約束條件同毛管單向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低模型，這里不再贅述。

2.2 毛管雙向布置田間管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型毛管雙向布置田間管網(wǎng)是指毛管沿垂直于支管方向分別布置于順坡側(cè)和逆坡側(cè)，水流由支管進(jìn)入毛管后向兩個相反的方向分流，其布置優(yōu)化主要是指田間管網(wǎng)的控制面積、支管長度、順坡毛管長度、逆坡毛管長度及支管位置。支管位置定義為逆坡毛管長度與順坡、逆坡毛管長度之和的比值[9]。

2.2.1 毛管雙向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低模型（SWPL-F）以支管上毛管的條數(shù)、順坡毛管上灌水器的個數(shù)、逆坡毛管上灌水器的個數(shù)、支管管徑及田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭為決策變量，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)建立不限定面積情況下毛管雙向布置田間管網(wǎng)布置和管徑同步優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。

（1）目標(biāo)函數(shù)。毛管雙向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低，即

式中：F為毛管雙向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用，元/（hm2·a）。

（2）約束條件。約束條件同毛管單向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低模型。

2.2.2 毛管雙向布置田間管網(wǎng)控制面積最大模型（SWPL-A）以支管上毛管的條數(shù)、順坡毛管上灌水器的個數(shù)、逆坡毛管上灌水器的個數(shù)、支管管徑及田間管網(wǎng)進(jìn)口壓力水頭為決策變量，以田間管網(wǎng)控制面積最大為目標(biāo)函數(shù)建立毛管雙向布置田間管網(wǎng)布置和管徑同步優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。

（1）目標(biāo)函數(shù)。毛管雙向布置田間管網(wǎng)控制面積最大，即

式中：A為毛管雙向布置田間管網(wǎng)控制面積，hm2。

（2）約束條件。約束條件同毛管單向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低模型。

3 基于混合編碼遺傳算法的模型求解方法

遺傳算法是一種新型的全局優(yōu)化算法，其僅以目標(biāo)函數(shù)值為搜索依據(jù)，通過群體優(yōu)化搜索和隨機(jī)執(zhí)行基本遺傳運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)群體的不斷進(jìn)化，適合解決離散組合優(yōu)化問題和復(fù)雜非線性問題[22]。管網(wǎng)優(yōu)化屬于典型的組合優(yōu)化問題，可以應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行田間管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計。

3.1 編碼毛管單向布置田間管網(wǎng)的決策變量為（Nl，Nd，Dm，Hin），毛管雙向布置田間管網(wǎng)的決策變量為（Nl，Nu，Nd，Dm，Hin）。Nl、Nu、Nd為整數(shù)，采用整數(shù)編碼方式；將Dm與其管徑序號一一對應(yīng)起來形成一個有序的整數(shù)列，亦采取整數(shù)編碼方式；Hin為連續(xù)的實(shí)數(shù)變量，考慮計算方便及精度要求，采用4位小數(shù)的實(shí)數(shù)編碼方式。

3.2 約束條件處理由于遺傳算法只能求解無約束優(yōu)化問題，因此本文采用模擬退火罰函數(shù)法將田間管網(wǎng)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為如下的無約束優(yōu)化問題。

對毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低模型，有

對毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)控制面積最大模型，有

其中

式中：f1為毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低無約束優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；f2為毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)控制面積最大無約束優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；λ為模擬退火懲罰因子；tk+1為第k+1代退火溫度；tk為第k代退火溫度，當(dāng)k=0時稱為初溫；ζ為溫度冷卻系數(shù)，ζ∈（0，1）。

3.3 遺傳操作遺傳算法的進(jìn)化主要通過不斷地選擇、交叉和變異來完成，這些基本操作又有許多不同的方法。本文采用英國謝菲爾德大學(xué)開發(fā)的遺傳算法MATLAB工具箱中的函數(shù)來進(jìn)行遺傳操作，遺傳算法工具箱的使用可參考文獻(xiàn)[23]。

4 仿真計算及分析

4.1 基本數(shù)據(jù)項(xiàng)目區(qū)位于關(guān)中西部平原區(qū)，土壤質(zhì)地為中壤土，土壤初始含水量為10%，種植夏玉米。中等干旱年（降水頻率P=75%）充分灌溉凈灌溉定額為2100 m3/hm2，以表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真計算，田間管網(wǎng)PE管材單價見表2。

表1 基本數(shù)據(jù)

以種群規(guī)模100、最大遺傳代數(shù)200、交叉概率0.9、變異概率0.1為基本遺傳算法參數(shù)，以初溫0.00 001、溫度冷卻系數(shù)0.99為模擬退火罰函數(shù)法的基本參數(shù)進(jìn)行模擬計算。

表2 田間管網(wǎng)PE管材單價

表3 田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果與符號對應(yīng)

4.2 優(yōu)化結(jié)果分析為作圖方便，將田間管網(wǎng)的不同優(yōu)化結(jié)果以表3中的符號表示。

4.2.1 毛管管徑對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響 以灌水器設(shè)計流量qd=2.0 L/h，灌水器制造偏差系數(shù)Cmv=0.025，灌水器間距Se=0.3 m，毛管方向地面坡度Il=1/200對不同毛管管徑下毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)在兩種目標(biāo)（單位面積年費(fèi)用最低及控制面積最大）下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。

由圖2（a）可以得出，當(dāng)毛管管徑由12 mm增大至25 mm時，4種優(yōu)化模型下（模型SWSL-F、SWPL-F、SWSL-A及SWPL-A）田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用均隨著毛管管徑的增大而增加，增加的百分比分別為127.32%、134.87%、84.76%和99.77%；對比兩種布置模式下田間管網(wǎng)的優(yōu)化結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，兩種優(yōu)化目標(biāo)下毛管雙向布置田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用均低于毛管單向布置田間管網(wǎng)，降低的百分比為0.59%～9.58%；對比兩種優(yōu)化目標(biāo)下田間管網(wǎng)的優(yōu)化結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，兩種布置模式下以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時單位面積年費(fèi)用均大于以單位面積年費(fèi)用最低時的結(jié)果，增加的百分比為0.63%～25.00%。說明減小毛管管徑及毛管雙向布置有利于降低田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用。

由圖2（b）可以得出，當(dāng)毛管管徑由12 mm增大至25 mm，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下（毛管單向布置及雙向布置）田間管網(wǎng)支管長度均隨著毛管管徑的增大而增加，增加的百分比分別為165.52%和154.84%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)的支管長度均大于毛管單向布置田間管網(wǎng)，增加的百分比為6.90%～31.37%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下，田間管網(wǎng)支管長度均隨著毛管管徑的增大而減小，減小的百分比分別為51.51%和61.99%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)的支管長度均小于毛管單向布置田間管網(wǎng)，減小的百分比為9.36%～38.10%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管單向布置田間管網(wǎng)順坡毛管長度、毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡及逆坡毛管長度（后面簡稱兩種布置模式下毛管長度）均隨著毛管管徑的增大而增加，這是由于在灌水器設(shè)計流量及間距已知、毛管管段流量一定的情況下，隨著毛管管徑的增大，單位管段長度所產(chǎn)生的水頭損失較小，而田間管網(wǎng)內(nèi)灌水器允許壓力水頭差一定，因此可以選擇較大的毛管長度。以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下毛管長度增加的百分比分別為286.38%、260.73%和171.43%，毛管雙向布置田間管網(wǎng)毛管總長度（順坡毛管與逆坡毛管長度之和）較毛管單向布置田間管網(wǎng)（順坡毛管長度）增加了52.87%～87.56%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下毛管長度均隨著毛管管徑的增大而增加，增加的百分比分別為255.11%、380.84%和232.68%，毛管雙向布置田間管網(wǎng)毛管總長度較毛管單向布置田間管網(wǎng)增加了48.00%～196.80%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡毛管長度均大于逆坡毛管長度，且兩者之間的差值隨著毛管管徑的增大而增加。

圖2 毛管管徑對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響

由以上分析可知，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，支管和毛管長度均隨著毛管管徑的增加而增大，因此可以得出圖2（c）所示毛管單向及雙向布置田間管網(wǎng)控制面積均隨著毛管管徑的增大而增加，增加的百分比分別為925.94%和545.63%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)控制面積較毛管單向布置增加了25.07%～146.41%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，支管長度隨毛管管徑的增加而減小，毛管長度隨毛管管徑的增加而增大，但其增大的比例遠(yuǎn)大于支管長度減小的比例，因此可以得出圖2（c）所示毛管單向及雙向布置田間管網(wǎng)控制面積均隨著毛管管徑的增大而增加，增加的百分比分別為72.20%和55.83%；毛管雙向布置模式下控制面積較毛管單向布置增加了16.64%～28.89%。兩種布置模式下，以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時控制面積較以單位面積年費(fèi)用最低時增加了41.29%～802.68%。說明增大毛管管徑及毛管雙向布置有利于增大田間管網(wǎng)控制面積。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置隨著毛管管徑的增大而減小，即向逆坡毛管側(cè)移動（圖2（d））。

4.2.2 灌水器設(shè)計流量對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響 灌水器流量的確定必須考慮一系列因素：作物特性、土壤性質(zhì)、水質(zhì)和農(nóng)業(yè)技術(shù)等。一般情況下，在同一土壤中，灌水器流量越大，灌水時間越長，其土體濕潤范圍也越大，即土體的濕潤體積主要取決于所灌水量的多少。在灌水量及灌水器間距一定的情況下，土壤水分的水平擴(kuò)散尺寸及土壤濕潤比基本不受灌水器流量的影響，土壤水分的垂直下滲深度隨灌水器流量的減小而略有增大。因此，在灌水量及灌水器間距一定的情況下，土體的濕潤體積隨灌水器流量的減小而略有增加，為作物根系增生擴(kuò)散、吸收營養(yǎng)提供了更大空間。灌水器流量越大，一次灌水延續(xù)時間越短，輪灌組數(shù)越多；輪灌組越多，說明流量越集中，各級輸配水管道需要的管徑越大，需要的控制閥門越多，系統(tǒng)管網(wǎng)的造價也越高。滴灌系統(tǒng)設(shè)計流量確定后，有時甚至需要根據(jù)配水制度對灌水器流量做相應(yīng)的改變。此外，隨著時間的推移，由于沉積物的部分堵塞，灌水器流量也會逐漸減小。因此，本文從水力學(xué)角度，以毛管管徑Dl=18 mm，灌水器制造偏差系數(shù)Cmv=0.025，灌水器間距Se=0.3 m，毛管方向地面坡度Il=1/200對不同灌水器設(shè)計流量下毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)在兩種目標(biāo)下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。不同灌水器設(shè)計流量下，灌水器間距為0.3 m時土壤濕潤比的范圍為87%～89%，滿足規(guī)范要求的60%～90%[20]。

由圖3（a）可以得出，當(dāng)灌水器設(shè)計流量由1.6 L/h增大至2.5 L/h時，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用均隨著灌水器設(shè)計流量的增大而增加，增加的百分比分別為1.60%、1.17%、3.78%和2.16%；兩種優(yōu)化目標(biāo)下毛管雙向布置田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用均低于毛管單向布置田間管網(wǎng)，降低的百分比為1.35%～6.47%；兩種布置模式下以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時單位面積年費(fèi)用均大于以單位面積年費(fèi)用最低時的結(jié)果，增加的百分比為2.89%～9.12%。說明減小灌水器設(shè)計流量及毛管雙向布置有利于降低田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用。

由圖3（b）可以得出，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)的支、毛管長度均隨著灌水器設(shè)計流量的增大而減小。當(dāng)灌水器設(shè)計流量由1.6 L/h增大至2.5 L/h時，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)支管長度減小的百分比分別為37.74%和19.67%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)的支管長度均大于毛管單向布置田間管網(wǎng)，增加的百分比為8.51%～48.48%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)支管長度減小的百分比分別為11.72%和11.61%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)的支管長度均小于毛管單向布置田間管網(wǎng)，減小的百分比為34.36%～38.10%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管單向布置田間管網(wǎng)順坡毛管長度、毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡及逆坡毛管長度均隨著灌水器設(shè)計流量的增大而減小，這是由于在毛管管徑及灌水器間距一定的情況下，隨著灌水器設(shè)計流量的增大，毛管管段流量變大，所產(chǎn)生的水頭損失也較大，而田間管網(wǎng)內(nèi)灌水器允許壓力水頭差一定，因此應(yīng)選擇較短的毛管長度以滿足約束條件。以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下毛管長度減小的百分比分別為27.37%、21.89%和19.64%，毛管雙向布置田間管網(wǎng)毛管總長度較毛管單向布置田間管網(wǎng)增加了70.78%～86.72%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下毛管長度減小的百分比分別為24.43%、26.45%和20.47%，毛管雙向布置田間管網(wǎng)毛管總長度較毛管單向布置田間管網(wǎng)增加了80.74%～91.69%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡毛管長度均大于逆坡毛管長度。

圖3 灌水器設(shè)計流量對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響

由以上分析可知，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)支管和毛管長度均隨著灌水器設(shè)計流量的增加而減小，因此可以得出圖3（c）所示田間管網(wǎng)控制面積均隨著灌水器設(shè)計流量的增大而減小。以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下控制面積減小的百分比分別為54.78%和36.44%，毛管雙向布置模式下控制面積較毛管單向布置增加了95.51%～177.26%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)控制面積減小的百分比分別為33.28%和32.71%，毛管雙向布置模式下控制面積較毛管單向布置增加了18.16%～19.18%。兩種布置模式下，以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時控制面積較以單位面積年費(fèi)用最低時增加了102.91%～399.74%。說明減小灌水器設(shè)計流量及毛管雙向布置有利于增大田間管網(wǎng)控制面積。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置隨著灌水器設(shè)計流量的增大而增加，即向順坡毛管側(cè)移動（圖3（d））。

綜上，減小灌水器設(shè)計流量、毛管雙向布置既有利于降低田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用，又有利于增大田間管網(wǎng)控制面積。

4.2.3 灌水器間距對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響 在灌水量及灌水器流量一定的情況下，灌水器間距影響一次灌水延續(xù)時間，進(jìn)而影響到土壤水分的水平擴(kuò)散尺寸、垂直下滲深度及土壤濕潤比。土壤水分的水平擴(kuò)散尺寸及垂直下滲深度隨灌水器間距的增大而增加，土壤濕潤比隨灌水器間距的增大而減小。土壤濕潤比不僅受作物品種、栽培模式、土壤狀況和當(dāng)?shù)貧夂驐l件等因素的影響，而且還影響到系統(tǒng)的投資。濕潤比過大（灌水器間距過?。喂嗟脑S多優(yōu)點(diǎn)得不到發(fā)揮，作物產(chǎn)量不會明顯提高，但投資成本顯著增加；濕潤比過?。ü嗨鏖g距過大），雖然投資成本降低，但將影響作物的生長發(fā)育，降低作物產(chǎn)量。此外，還可以通過調(diào)整灌水器間距控制作物根區(qū)的鹽分累積。因此，本文從水力學(xué)角度，以毛管管徑Dl=18 mm，灌水器設(shè)計流量qd=2.0 L/h，灌水器制造偏差系數(shù)Cmv=0.025，毛管方向地面坡度Il=1/200對不同灌水器間距下毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)在兩種目標(biāo)下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。不同灌水器間距下，灌水器設(shè)計流量為2.0 L/h時土壤濕潤比的范圍為63%～87%，滿足規(guī)范要求的60%～90%[20]。

圖4 灌水器間距對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響

由圖4（a）可以得出，當(dāng)灌水器間距由0.3 mm增大至0.6 mm時，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用均隨著灌水器間距的增大而降低，降低的百分比分別為2.05%、1.46%、5.46%和2.69%；兩種優(yōu)化目標(biāo)下毛管雙向布置田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用均低于毛管單向布置田間管網(wǎng)，降低的百分比為0.99%～6.15%；兩種布置模式下以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時單位面積年費(fèi)用均大于以單位面積年費(fèi)用最低時的結(jié)果，增加的百分比為1.93%～8.23%。說明增大灌水器間距及毛管雙向布置有利于降低田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用。

由圖4（b）可以得出，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)的支、毛管長度均隨著灌水器間距的增大而增加。當(dāng)灌水器間距由0.3 mm增大至0.6 mm時，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)支管長度增加的百分比分別為29.79%和50.98%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)的支管長度均大于毛管單向布置田間管網(wǎng)，增加的百分比為7.27%～26.23%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)支管長度增加的百分比分別為11.26%和19.58%；毛管雙向布置田間管網(wǎng)的支管長度均小于毛管單向布置田間管網(wǎng)，減小的百分比為33.20%～38.10%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管單向布置田間管網(wǎng)順坡毛管長度、毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡及逆坡毛管長度均隨著灌水器間距的增大而增大，這是由于在毛管管徑及灌水器設(shè)計流量一定的情況下，隨著灌水器間距的增大，在毛管長度相同的情況下毛管管段流量變小，所產(chǎn)生的水頭損失也較小，而田間管網(wǎng)內(nèi)灌水器允許壓力水頭差一定，因此可以選擇較大的毛管長度。以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下毛管長度增加的百分比分別為52.57%、67.59%和54.53%，毛管雙向布置田間管網(wǎng)毛管總長度較毛管單向布置田間管網(wǎng)增加了67.45%～90.72%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下毛管長度增加的百分比分別為68.70%、60.82%和44.35%，毛管雙向布置田間管網(wǎng)毛管總長度較毛管單向布置田間管網(wǎng)增加了74.49%～91.69%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡毛管長度均大于逆坡毛管長度，且兩者之間的差值也隨著灌水器間距的增大而增加。

由以上分析可知，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)支管和毛管長度均隨著灌水器間距的增加而增大，因此可以得出圖4（c）所示田間管網(wǎng)控制面積均隨著灌水器間距的增加而增大。以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下控制面積增大的百分比分別為98.01%和143.82%，毛管雙向布置模式下控制面積較毛管單向布置增大了89.51%～140.74%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)控制面積增大的百分比分別為87.69%和83.64%，毛管雙向布置模式下控制面積較毛管單向布置增大了16.10%～23.52%；兩種布置模式下，以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時控制面積較以單位面積年費(fèi)用最低時增加了62.64%～255.79%。說明增大灌水器間距及毛管雙向布置有利于增大田間管網(wǎng)控制面積。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置隨著灌水器間距的增大而減小，即向逆坡毛管側(cè)移動（圖4（d））。

綜上，增大灌水器間距、毛管雙向布置既有利于降低田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用，又有利于增大田間管網(wǎng)控制面積。

4.2.4 毛管方向地面坡度對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響 以毛管管徑Dl=18 mm，灌水器設(shè)計流量qd=2.0 L/h，灌水器制造偏差系數(shù)Cmv=0.025，灌水器間距Se=0.3 m對不同毛管方向地面坡度下毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)在兩種目標(biāo)下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。

圖5 毛管方向地面坡度對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響

由圖5（a）（c）可以得出，當(dāng)毛管方向地面坡度由0增大至1/50時，模型SWPL-F及SWPL-A的單位面積年費(fèi)用及控制面積均不受毛管方向地面坡度的影響，模型SWSL-F及SWSL-A的單位面積年費(fèi)用均隨毛管方向地面坡度的增加而減小，減小的百分比分別為0.68%和3.23%，控制面積隨毛管方向地面坡度的增加而增大，增大的百分比分別為71.75%和10.66%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下毛管雙向布置田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用均低于毛管單向布置田間管網(wǎng)，降低的百分比為1.07%～7.11%，控制面積均大于毛管單向布置田間管網(wǎng)，增大的百分比為9.67%～181.07%；兩種布置模式下以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時單位面積年費(fèi)用均大于以單位面積年費(fèi)用最低時的結(jié)果，增加的百分比為3.11%～9.12%，控制面積均大于以單位面積年費(fèi)用最低時的結(jié)果，增大百分比為107.69%～406.66%。說明毛管雙向布置既有利于降低田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用，又有利于增加田間管網(wǎng)控制面積。

由圖5（b）可以得出當(dāng)毛管方向地面坡度為0，兩側(cè)毛管水力條件相同時，兩種優(yōu)化目標(biāo)下毛管雙向布置田間管網(wǎng)順坡毛管與逆坡毛管長度相等；隨著毛管方向地面坡度的增加，兩側(cè)水力條件出現(xiàn)差異，順坡毛管長度大于逆坡毛管長度，且兩者之間的差值不斷增大。當(dāng)毛管方向地面坡度由0增大至1/50時，以單位面積年費(fèi)用最低為目標(biāo)時田間管網(wǎng)的順坡毛管長度增加了22.86%，逆坡毛管長度減小了25.54%，毛管總長度基本保持不變；以控制面積最大為目標(biāo)時田間管網(wǎng)的順坡毛管長度增加了32.75%，逆坡毛管長度減小了41.34%，毛管總長度減小了3.83%。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置受毛管方向地面坡度的影響較大，隨其增大而減小，即向逆坡毛管側(cè)移動（圖 5（d））。

4.2.5 灌水器制造偏差系數(shù)對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響 以毛管管徑Dl=18 mm，灌水器設(shè)計流量qd=2.0 L/h，灌水器間距Se=0.3 m，毛管方向地面坡度Il=1/200對不同灌水器制造偏差系數(shù)下毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)在兩種目標(biāo)下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。

由圖6（a）可以得出，當(dāng)灌水器制造偏差系數(shù)由0.02增大至0.05時，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用均隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而增加，增加的百分比分別為0.74%、0.55%、2.80%和1.67%。由圖6（b）可以得出，4種優(yōu)化模型下毛管長度均隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而減?。恢Ч荛L度隨灌水器制造偏差系數(shù)的增大所呈現(xiàn)出的規(guī)律與優(yōu)化目標(biāo)有關(guān)。當(dāng)灌水器制造偏差系數(shù)由0.02增大至0.05，以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下支、毛管長度均隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而減小，支管長度減小的百分比分別為31.37%和11.32%，毛管長度減小的百分比分別為18.18%、8.84%和14.20%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下支管長度隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而呈現(xiàn)一定的波動，但波動很小，可認(rèn)為不受灌水器制造偏差系數(shù)的影響；兩種布置模式下毛管長度隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而減小，減小的百分比分別為18.35%、15.42%和24.50%。

圖6 灌水器制造偏差系數(shù)對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響

由以上分析可知，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)支、毛管長度總體上均隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而減小，因此可以得出圖6（c）所示田間管網(wǎng)控制面積均隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而減小，減小的百分比分別為43.85%、21.37%、15.48%和17.22%。這是由于灌水器制造偏差系數(shù)影響灌水器出流量，為滿足流量偏差率約束條件，灌水器的允許工作壓力水頭范圍將被縮小，從而導(dǎo)致支、毛管長度的減小，田間管網(wǎng)控制面積也隨之減小。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置隨著灌水器制造偏差系數(shù)的增大而減小，即向逆坡毛管側(cè)移動（圖6（d））。

4.2.6 灌水器流態(tài)指數(shù)對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響 以毛管管徑Dl=18 mm，灌水器制造偏差系數(shù)Cmv=0.025，灌水器間距Se=0.3 m，毛管方向地面坡度Il=1/200對不同灌水器流態(tài)指數(shù)下毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)在兩種目標(biāo)下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。所選用的5種灌水器型號分別為q=1.640h0.2、q=1.035h0.4、q=0.822h0.5、q=0.653h0.6、q=0.412h0.8，10 m 水頭下灌水器流量均為 2.6 L/h[24]。

當(dāng)灌水器流態(tài)指數(shù)由0.2增大至0.8時，由圖7（a）可以得出，4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用均隨著灌水器流態(tài)指數(shù)的增大而增加，增加的百分比分別為2.08%、1.64%、5.98%和4.43%。由圖7（b）可以得出，4種優(yōu)化模型下支、毛管長度均隨著灌水器流態(tài)指數(shù)的增大而減小。以田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下支管長度減小的百分比分別為35.29%和21.82%，毛管長度減小的百分比分別為40.12%、33.94%和38.45%。以田間管網(wǎng)控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下支管長度減小的百分比分別為11.16%和15.69%，毛管長度減小的百分比分別為34.97%、38.29%和49.20%。

圖7 灌水器流態(tài)指數(shù)對田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響

由于4種優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)支、毛管長度均隨著灌水器流態(tài)指數(shù)的增大而減小，因此可以得出圖7（c）所示田間管網(wǎng)控制面積均隨著灌水器流態(tài)指數(shù)的增大而減小，減小的百分比分別為61.24%、50.05%、42.23%和45.01%。這是由于灌水器流態(tài)指數(shù)越小，越接近于完全補(bǔ)償灌水器，灌水器出流量對壓力的變化越不敏感；反之，灌水器出流量對壓力的變化越敏感。當(dāng)灌水器流態(tài)指數(shù)較大時，為滿足流量偏差率約束條件，灌水器的允許工作壓力水頭范圍也將被縮小，從而導(dǎo)致支、毛管長度及田間管網(wǎng)控制面積的減小。兩種優(yōu)化目標(biāo)下，毛管雙向布置田間管網(wǎng)支管位置隨著灌水器流態(tài)指數(shù)的增大而減小，即向逆坡毛管側(cè)移動（圖7（d））。

5 結(jié)論

將田間管網(wǎng)作為一個整體，分別以單位面積年費(fèi)用最低及控制面積最大為目標(biāo)，在不限定田間管網(wǎng)形狀及面積的情況下，建立了毛管單向布置及雙向布置田間管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，采用罰函數(shù)法處理約束條件，應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計算。

分析了毛管管徑、灌水器設(shè)計流量、灌水器間距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系數(shù)及流態(tài)指數(shù)對兩種布置模式下田間管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)果的影響。結(jié)果表明，無論以單位面積年費(fèi)用最低為目標(biāo)還是以控制面積最大為目標(biāo)，兩種布置模式下田間管網(wǎng)單位面積年費(fèi)用均隨著毛管管徑、灌水器設(shè)計流量、灌水器制造偏差系數(shù)及流態(tài)指數(shù)的增大而增加，隨灌水器間距的增大而減?。粌煞N布置模式下田間管網(wǎng)的控制面積均隨著毛管管徑及灌水器間距的增大而增加，隨灌水器設(shè)計流量、灌水器制造偏差系數(shù)及流態(tài)指數(shù)的增大而減?。幻茈p向布置田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用及控制面積均不隨毛管方向地面坡度的變化而變化，毛管單向布置田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用隨毛管方向地面坡度的增加而減小，控制面積隨毛管方向地面坡度的增大而增加。毛管雙向布置田間管網(wǎng)在單位面積年費(fèi)用及控制面積兩方面均優(yōu)于毛管單向布置田間管網(wǎng)。因此，實(shí)際工程中應(yīng)盡量采用較小的毛管管徑、灌水器設(shè)計流量、灌水器制造偏差系數(shù)及流態(tài)指數(shù)、較大的灌水器間距及毛管雙向布置模式以節(jié)省工程投資；采用較大的毛管管徑、灌水器間距、較小的灌水器設(shè)計流量、灌水器制造偏差系數(shù)及流態(tài)指數(shù)及毛管雙向布置模式以增大田間管網(wǎng)控制面積。

以控制面積最大為優(yōu)化目標(biāo)時，兩種布置模式下田間管網(wǎng)的單位面積年費(fèi)用較以單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時增加了0.63%～25.00%，控制面積較以單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時增加了41.29%～802.68%，控制面積增加的百分比遠(yuǎn)大于以單位面積年費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo)時年費(fèi)用減小的百分比。田間管網(wǎng)控制面積大，則有利于簡化微灌干管管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低干管管網(wǎng)系統(tǒng)投資，方便運(yùn)行管理。因此，基于不同優(yōu)化模型下田間管網(wǎng)的優(yōu)化結(jié)果，進(jìn)行干管管網(wǎng)的優(yōu)化并尋求整個微灌管網(wǎng)系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計準(zhǔn)則仍需要進(jìn)一步研究。