水力学是研究液体特性(静止和运动状态)的一门学科。依据水力学知识设计的管网,可以大大减少灌溉系统的投资和在运行过程中的维护保养费用。通过控制水的流速,可以减少水流在管网系统中的压力水头耗损。而不符合水力学特性的设计,会使喷灌系统的灌水质量降低、工程费用偏大和浪费水资源,并有可能使管受力过大,甚至导致管道破裂。因此管网水力学分析对于减少工程造价、提高灌溉效率和灌溉质量等都具有重要作用。
为了能正确设计喷灌系统,我们首先需要掌握一些有关水的知识。
一、静水压力1升水重1kg,即水的比重为1000kg/m3。在重力作用下,水总是由高处流向低处,一个重要的概念就是水压力(也称水头),它是指水对单位面积上作用力的大小,其计算公式如下:式中,P—水压力(kPa);F—作用力(N);A—面积(m2)。
这种水压力是由被测点以上水的重量所产生的。假设有10cm2的面积,该面积上作用力的大小,简单地说就是它上面的水柱的重量。水柱重量越大,作用力越大,水压力也就越大。
静水压力是指水不流动的封闭系统中水的压力。一条充满水的管子,阀门全部关闭,系统中的压力即静水压力,静水压力是一个系统所能获得的最大的压力。
二、动水压力当阀门打开时,系统中的水就开始运动了,水在管道中流动时,水与管壁由于摩擦而产生压力损失,另外,连接件、阀门、水表和逆止阀等对水的流动都有阻力,这些阻力也会产生压力损失,使管道内水压力减低。
动水压力,即水流流动状态下管道内的水压力,摩擦损失和高程变化都会使系统内的动水压力变化。
通过管道系统的水流大小影响摩擦损失的大小,即通过系统的水流越多,流速越大,压力损失越大。另外管道的大小尺寸也影响压力损失。
水流通过管道的速度快,除摩擦损失大外,大的水流速度还会引起一些其他问题。因此管道中的流速不能过大,根据经验,喷灌管道中可接受的最大流速为1.5m/s。流速超过1.5m/s时,其压力损失会急剧增大。