滴灌毛管管徑優(yōu)化研究

丁蘇疆 李寶珠 劉 慶 苑 征

（新疆泓科節(jié)水設備制造有限公司 新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

滴灌系統由首部、輸配水干管、支管、毛管（含滴頭）、連接件、控制裝置等組成。毛管投資一般占滴灌系統初始投資的25%，若按使用年限折舊，則占到整個滴灌系統投資的85%以上[1]。因此，毛管性能優(yōu)劣、成本高低直接影響著滴灌系統的技術經濟指標和滴灌技術的應用推廣，也影響著一個灌溉產品生產企業(yè)的市場競爭力。

2 毛管管徑與成本的關系分析

毛管成本主要包括加工費、模具與檢修費、人工、電、原料等費用，其中原料費用占到成本的80%左右。而毛管單位長度消耗原料體積可用式（1）計算[2]。

式中，V——單位長度需要的塑料體積，m3/m；

D——毛管外徑，mm；

[σ]——設計允許抗拉強度，MPa；

P——管內水壓力，MPa。

因此，毛管單位長度成本可近似表示為式（2）。

式中，Y——單位長度毛管成本，元/m；

ρ——塑料密度，kg/m3；

C——塑料原料單價，元/kg。

由式（2）知：在壓力、原料價格和抗拉強度相同的條件下，可近似地認為毛管成本與管徑平方成正比。

3 毛管管徑與滴灌系統材料設備造價關系研究

3.1 毛管管徑與鋪設長度的關系分析

毛管鋪設長度需滿足灌水均勻度要求，目前主要是通過限定灌水小區(qū)內灌水器的流量偏差來保證，其流量偏差率和水頭偏差應在允許范圍內[3]，水平毛管的鋪設長度可由式(3)和式（4）確定[4]。

式中，Nm——毛管的極限分流孔數；

INT[]——將括號內實數舍去小數成整數；

[Δh2]——毛管允許水頭偏差，m；

k——水頭損失擴大系數；

Se——毛管上灌水器間距，m；

qd——灌水器設計流量，L/h；

S0——毛管進口至首孔的距離，m。

由式（3）知，毛管允許水頭偏差、灌水器間距、灌水器設計流量確定的條件下，毛管鋪設長度可近似地認為與毛管管徑d1.729成正比，毛管管徑越大，鋪設長度越長。

滴頭間距0.3m、工作壓力6m、流態(tài)指數0.6時，按照毛管上允許流量偏差10%，平坡條件下毛管不同滴頭流量和管徑時，鋪設長度見表1。

表1 毛管不同管徑和滴頭流量條件下鋪設長度（m）

3.2 毛管管徑與滴灌系統造價關系分析

對毛管管徑（4mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm）、滴頭間距(0.2m、0.3m、0.4m、0.5m)、流量(0.5L/h、1.0L/h、1.5L/h、2.0L/h、2.5L/h)進 行組合優(yōu)化，分析相應滴灌系統的投資，得到不同滴灌帶管徑、滴頭流量和滴頭間距時，滴灌系統管材畝造價的關系，見圖1。

由以上分析可知，毛管管徑不同，鋪設長度不同，系統造價不同。由圖1知，滴灌帶管徑應控制在6mm～25mm之間，管徑太大或太小，滴灌系統造價都會偏高。因此，在產品開發(fā)中，應根據區(qū)域地塊大小與形狀，開發(fā)不同管徑的滴灌帶。比如針對溫室大棚，可開發(fā)管徑為8mm的滴灌帶；小地塊長度短，可開發(fā)管徑為12mm的滴灌帶；對于條田面積較大、長度較長的地塊，可開發(fā)管徑為16mm～22mm的滴灌帶，以便降低滴灌系統投資，避免浪費。

如某60m×8m的溫室大棚，采用管徑為8mm和16mm滴灌帶時，滴灌系統投資對比見表2。

圖1 不同管徑、滴頭流量的滴灌帶與滴灌系統管材畝造價關系

由表2知，采用8mm滴灌帶比采用16mm滴灌帶，可降低滴灌系統投資約17%，節(jié)約成本明顯。

表2 采用不同管徑滴灌帶溫室大棚滴灌系統投資對比

4 結論

本論文對毛管管徑與毛管成本、鋪設長度、滴灌系統造價的關系進行了研究，得出以下結論：

（1）在壓力和抗拉強度相同的條件下，可近似地認為毛管成本與管徑平方成正比。

（2）毛管允許水頭偏差、灌水器間距、灌水器設計流量確定的條件下，毛管鋪設長度可近似地認為與毛管管徑d1.729成正比，毛管管徑越大，鋪設長度越長。

（3）滴灌帶管徑應控制在6mm～25mm之間，管徑太大或太小，滴灌系統造價都會偏高。因此，在產品開發(fā)中，應根據區(qū)域地塊大小與形狀，開發(fā)不同管徑的滴灌帶，以降低滴灌系統造價。

[1]李寶珠.增設輔助支管的滴灌系統管網模式探討[J].新疆農機化.2006.4：34-35.

[2]張國祥.微灌技術探索與創(chuàng)新（文選）[M].鄭州：黃河水利出版社，2012.9:124.

[3]GB/T50485--2009,微灌工程技術規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[4]顧烈烽主編.滴灌工程設計圖集[M].中國水利水電出版社，2005.6.