DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2018.10.016高效节水灌溉设计软件DLand 功能概述及其特点柴小军1,熊伟1,孙伟1,王朝林2,吕永洪3（1.甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃兰州730000；2.甘肃省水利水电学校，甘肃兰州730000；3.杭州阵列科技股份有限公司，浙江杭州310000）摘要：目前我国高效节水灌溉工程设计软件开发、应用较少。

为此，根据国内现行技术标准、规范，利用C++编程语言、AutoCAD 的Object ARX 技术以及SQL Server 数据库，开发了高效节水灌溉设计软件DLand 。

该软件按照专业设计流程组织界面，集微灌、喷灌、低压管道输水灌溉工程设计于一体，包括工程设置、灌溉及工作制度设计、管网设计与布置、工程优化设计、设备选型、图表输出、设计报告生成以及数据库等功能，具备功能齐全及数据库完备等优点，可用于多模式综合灌溉系统以及复杂地形条件下的高效节水灌溉工程优化设计。

关键词：高效节水灌溉；DLand ；功能中图分类号：TP311文献标志码：A文章编号：2095-0144（2018）10-0105-03第54卷第10期2018年10月甘肃水利水电技术GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGYVol.54,No.10Oct.,20181前言在淡水资源短缺的背景下，农业的发展主要取决于农业供水及灌溉方式的进步。

尤其是我国西北干旱地区，农业用水存在供水总量缺乏、不可循环利用等问题，亟需发展高效节水灌溉农业[1]。

高效节水灌溉包括微灌、喷灌、低压管道输水灌溉（简称管灌）三种主要模式，该技术自上世纪60年代初引入我国以来，经过50多年的发展，已基本形成了适应我国国情的技术体系。

现有的高效节水灌溉设计软件研究多以单一灌溉模式为主，如以CAD 软件为支撑平台的滴灌系统布置[2-5]和微灌系统布设[1，6]，基于Excel 的喷灌系统规划设计[7]，以及基于GIS 系统的灌溉输配水管网优化设计[8]等，存在适用范围较小、优化设计偏重理论等不足。

高效节水灌溉系统布置灵活、比选方案多，所以有必要研发一套设计软件，对系统设计进行辅助，以节省劳动力、提高设计效率和质量、优化设计方案。

为此，甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司联合甘肃省水利水电学校及杭州市阵列科技股份有限公司于2015年合作研发了一款专门针对高效节水灌溉的计算机辅助设计软件（Dland）。

软件以AutoCAD 为支撑平台，采用Microsoft VisualC++6.0的Object ARX 二次开发方式，融合SQL Server 数据库技术，具有多模式综合灌溉系统优化设计及数据库融合等特点，可为工程设计提供有力支撑。

2软件主要功能及关键技术软件包括“微灌、喷灌及管灌工程设计”和“数据库及图件库”2个主要部分（图1），其中微灌、喷灌及管灌工程设计内容、步骤大致相同，因此，合并介绍上述三种模式主要流程及内容。

2.1主要设计流程包括设计环境设置、灌溉及工作制度设计、管网设计与布置、工程优化设计及设备选型5个步骤。

（1）设计环境设置。

采集项目区测量成果，经校核、修正形成工程设计地形（三维地表TIN 模型）；根据用户习惯，设置用户系统配置及工作空间，包括定义图形比例、精度、容差，各类管材、管件图层、颜色、线型、线宽等。

（2）灌溉及工作制度设计。

具体需要进行参数输入—片区划分—水量供需平衡计算等操作，确定设计分区、灌溉流量或面积、设计灌水定额、灌水周期、一次灌水延续时间、工作制度及灌水小区等中间计算结果。

收稿日期：2018-04-30作者简介：柴小军（1987-），男，甘肃张掖人，工程师，硕士，主要从事水利水电工程设计、高效节水灌溉设计，E-mail：343821841@ 。

105··参数输入可在“地区设计参数数据库”输入区域名称、作物类型，调用全套设计参数。

片区划分可根据不同作物、不同灌溉模式分区设计。

水量供需平衡计算可选用“以地定水”和“以水定地”2种模式，计算满足灌溉所需最小流量及调蓄容积或最大可控灌溉面积。

（3）管网设计与布置。

包括：绘图-检查-标注-水力计算4个步骤。

利用CAD通用功能及DLand 软件专业功能（赋值、阵列、节点分析等），用户可快速绘制管网设计图。

利用容错分析，软件可自动标记、提示用户存在问题区域。

自动提取线型赋值，对管网进行标注。

根据“灌溉及工作制度设计”成果，确定各级管道流量规模；根据自然地形（山丘区、平原区）特点，管径计算可选用“勃拉休斯公式法”和“经济流速法”，确定管网节点压力。

（4）工程设计优化。

软件设置压力调节模块、轮灌组划分质点模型和灌水小区判别模型3个优化模块，可分别对：山丘区自流灌溉系统压力分区、系统轮灌组划分以及小农户自主经营地块灌水小区进行优化。

（5）设备及材料选型。

软件根据上述计算结果，自动从“设备及材料数据库”中选配水泵、过滤器、阀门等设备，以及管材、管件。

2.2数据库及图件库软件提供“设备及材料数据库”和“地区设计参数数据库”。

“设备及材料数据库”采用“互联网数据平台+设备材料生成厂商”的思路，构建互联网数高效节水灌溉软件Dland微灌喷灌管灌工程设计数据库及图件库设计环境设置灌溉及工作制度设计管网设计与布置管网优化设计设备选型用户系统配置工作空间设置设计地形管网平面、纵断面设计图管网压力节点图压力调节模型轮灌组划分质点模型灌水小区判别模型设备材料表管材、管件、灌水器、喷头、给水栓、过滤设备、施肥设备、水泵、喷灌机组、阀门（控制阀、减压阀、空气阀）及阀箱等数据库设计参数数据库高效节水灌溉工程标准图集三维地表TIN模型报告及图表输出图1高效节水灌溉软件Dland软件架构及工作流程甘肃水利水电技术2018年第10期第54卷106··（下转第132页）据平台架构，授权国内生产厂商实时输入、更新、修改其在平台中产品信息，建立国内主要管材、设备产品数据库，供设计人员选型。

“地区设计参数数据库”，根据相关规范及标准、灌溉试验结果、工程经验等，构建符合地区特点的设计参数数据库。

目前，已形成“甘肃省河西走廊干旱区微灌工程设计参数库”，后续将根据用户需求继续完善。

软件提供《小型农田水利工程配套建筑物设计图册》等田间工程“图件库”，包括取水口、蓄水池、泵站、分水闸、涵洞、倒虹吸、农桥、跌水、量水堰等小型渠系建筑物，以及微灌（含大田滴灌、日光温室、微喷、小管出流）、喷灌（含固定式、半固定式、移动式、喷灌机）及管灌（含平原区、丘陵区）系统组成、典型设计、管网及首部设备连接等设计图纸。

2.3主要输出成果成果包括工程设计方案说明报告、管网设计“三图一表”及附属建筑物图纸。

工程设计方案说明报告。

计算完成后，软件从“工程设计”中读取设计参数及相关计算结果，自动填写工程设计方案说明报告模板中空缺数据，生成工程设计方案说明报告。

管网设计“三图一表”，即管道平面设计图、纵断面设计图（主要针对干管）、压力节点图和工程量统计表。

软件调取“工程设计”中相关绘图、计算、选型结果，按照用户要求形成管网设计“三图一表”。

附属建筑物图纸。

软件提供“图件库”，用户可根据需要，形成“工程设计方案说明报告附图集”。

2.4关键技术软件关键技术在于其具有：压力调节模块、轮灌组划分质点模型和灌水小区判别模型3个优化模型。

压力调节模块：山丘区自流灌溉系统，减压分区对管网布置影响较大。

软件在“管网设计与布置”的基础上，通过设置压力分区条件，初拟减压方式及位置，优化管网分区布置，形成设计方案。

以运行安全可靠、项目投资最省作为优化目标，以管道流速、出水口允许工作压力作为限制条件，采用“枚举法”对不同减压方案进行优化比选，确定最优方案。

轮灌组划分质点模型：将灌水小区面积（或流量）抽象成平面质点。

以各质点所属支管为限制条件，采用模糊理论，最优化求解方法，计算出一组最优解集，并将其反馈于“管网设计与布置”调整设计。

灌水小区判别模型：以毛管、辅管长度建立平面坐标系，将既定方案的毛管、辅管极限长度点绘与坐标系中，形成一条曲线，即为灌水小区判别曲线。

利用田块界线图层，对小农户自主经营田块进行识别、编号，并将其抽象为二维坐标点，即“田块坐标点”。

对比“田块坐标点”与灌水小区判别曲线的相对位置关系：若位于曲线左下方，则满足要求；右上方，则需作调整。

3软件特点（1）功能全面。

软件集微灌、喷灌及管灌三种节水灌溉模式设计功能于一体，各模式间通用模块可相互调用，解决了国内外现有软件无法适用多模式综合灌溉系统设计的问题。

（2）耦合互联网数据平台。

软件提出采用“互联网数据平台+设备生成厂商”的思路，构建互联网数据平台架构，动态更新“设备及材料数据库”，解决了灌溉设备信息滞后、与设计不匹配的问题。

（3）压力调节模块优化设计。

目前国内外软件对地形平坦、小面积、单一模式加压灌溉系统能够很好的适用，但对于山丘区、大面积自流灌溉系统往往捉襟见肘。

软件增加压力调节模块，通过设置压力分区条件，在满足流速、压力的条件下，辅助设计人员找到管网布置最优方案。

（4）轮灌组划分质点模型优化设计。

目前国内外研究多集中在管径优化上，以管道流速为变量，以年费用最小为目标进行优化，但对于轮灌组内流量分配研究较少。

本文将灌水小区抽象为质点，对轮灌组进行优化设计，可分析出地块相对集中、流量分配相对均衡的最优轮灌组，在投资不变的情况下，降低后期运行劳动强度。

（5）灌水小区判别模型优化设计。

小农户自主经营地块微灌设计中，灌水小区须考虑现有田块界限。

现有国内外软件设计，常将其概化为一个典型小区验算灌水均匀度，误差较大。

本文提出灌水小区判别模型，通过对比每个“田块坐标点”与判别曲线的相对位置关系，判别各灌水小区是否满足灌水均匀度要求。

对不满足要求的灌水小区进行区别设计，提高设计的经济性。

4结论Dland 软件以AutoCAD 作为第10期第54卷柴小军,等:高效节水灌溉设计软件DLand 功能概述及其特点107··技术平台，深入研究了微灌、喷灌及管灌设计的CAD 模型，采用Microsoft Visual C++6.0的Object ARX 二次开发方式，融合SQL Server 数据库技术，具有以下特点。

（1）将微灌、喷灌及管灌三者有机结合，整体性较强，可以适用多模式综合灌溉系统设计；（2）耦合互联网数据平台，动态更新数据信息，设备类型及技术参数更加准确、完备；（3）采用“通用+专业”的功能架构，可快速实现微灌、喷灌及管灌系统管网设计；（4）提出压力调节模块、轮灌组划分质点模型和灌水小区判别模型3个优化模块，可对自流灌溉系统压力分区、轮灌组划分及灌水小区进行优化设计。