機采棉滴灌帶布置方式的選擇

石培君，呂廷波，2*， 武小狄， 田小平， 徐 強， 杜繼兵， 王 標

(1.石河子大學水利建筑工程學院，新疆石河子 832000 ；2. 現代節水灌溉兵團重點實驗室, 新疆石河子 832000)

機采棉滴灌帶布置方式的選擇

石培君1，呂廷波1，2*， 武小狄1， 田小平1， 徐 強1， 杜繼兵1， 王 標1

(1.石河子大學水利建筑工程學院，新疆石河子 832000 ；2. 現代節水灌溉兵團重點實驗室, 新疆石河子 832000)

摘要[目的]研究在機采棉種植模式下不同滴灌布的布置方式，對棉花生長的影響。[方法]采用大田試驗法，分別選取3個灌水小區，以機采棉種植模式下滴灌系統中的滴頭作為研究對象，各灌水小區內布設相同滴頭設計流量下的兩種不同滴灌布置方式。滴頭設計流量分別為1.8、2.6和3.0 L/h；支管管徑分別為75和90 mm，3種滴灌帶的管徑均為16 mm,滴頭距均為30 cm。從毛管進口處開始依次為A、B、C、D、E分別計算出5點處的毛管水頭，計算出管道系統壓力，從而篩選出最適合機采棉種植模式下的最佳滴灌帶布置方式。[結果]不同滴頭設計流量和不同滴灌帶布置方式下，毛管上的工作水頭和系統工作壓力存在明顯差異。認為在設計條件下最佳模式應為1膜2管布置方式，滴頭流量為2.6 L/h。[結論]在此種布置方式下棉花對水分的利用率達到最高，可以起到節水、增產的效果。

關鍵詞滴灌帶布置方式； 機采棉；滴頭流量；水頭；壓力

隨著近幾年國內勞動力成本持續上升新疆特大棉花生產基地的機械化、集約化經營模式的優勢日益突顯。要保持新疆棉花產業發展穩定，全面推廣機采棉已成為必然選擇。自2010年以來，新疆機采棉種植、采收發展很快，兵團北疆機采棉已達到50%，部分團場達到70%，地方機采模式種植已占60%以上，機采棉面積逐年增加，2013年機采面積已達到6.67萬hm2。

新疆目前正在應用的較典型的種植模式分別為傳統模式、機采模式與超寬膜模式。各種植模式下又有不同的滴灌帶布置方式，機采棉種植模式下的滴灌帶布置方式大致可以分為1膜2管和1膜3管兩種。在同一種種植模式下，不同滴灌帶布置方式對棉花需水要求和生長狀況的影響存在一定的差異。在同一滴灌帶布置方式下，滴灌帶滴頭的流量不同，對棉花生長狀況，毛管上的水頭，管道系統壓力、水頭損失的影響也不相同。針對這些問題，筆者對不同滴灌帶布置方式下的毛管水頭及管道系統壓力進行了計算，分析出不同滴灌帶布置方式、不同滴頭流量下滴灌帶毛管水頭，管道系統壓力等對棉花生長狀況的影響。

1試驗區概況

試驗地點設在新疆生產建設兵團農八師石河子市郊區,石河子大學現代節水灌溉兵團重點實驗站,東經85°59’47″,北緯44°19’28″,海拔412 m,平均地面坡度為6%。地處噶爾盆地西南緣天山北麓中段,屬中溫帶大陸性干旱氣候,年均日照時間為 2 865 h,多年平均降雨量為207 mm,平均蒸發量為1 660 mm,其中大于10 ℃積溫為3 463.5 ℃,大于15 ℃積溫為2 960.0 ℃,而無霜期為170 d。年平均風速為1.5 m/s,靜風占32%,偏南風占22%,偏北風占15%,偏東風占14%,偏西風17%，主要農作物為棉花、小麥、玉米，一年一熟。

2材料與方法

2.1材料滴頭是滴灌系統的核心，一個滴灌系統工作的好壞，最終由滴頭施水性能來體現。試驗進行前，進行了廣泛的調查，最終選取農八師大田滴灌系統使用較多的3種不同類型滴頭滴灌帶作為研究對象，以使試驗具有廣泛代表性。

2.2方法在石河子大學現代節水灌溉兵團重點實驗站大田試驗中，選取3個灌水小區作為研究對象，各灌水小區內布設相同滴頭設計流量下的兩種不同滴灌帶布置方式。3種滴灌帶的管徑均為16 mm，滴頭間距均為30 cm，滴頭設計流量分別為1.8、2.6和3.0 L/h，支管管徑分別為75、90 mm。將滴灌帶均分成五個點，從毛管進口處開始依次為A、B、C、D、E，分別計算出5點處的毛管水頭，進而計算出管道的系統壓力。

3系統管道的水力計算

3.1毛管極限孔數水平毛管的極限孔數根據《規范》中的4.3.6式計算。

式中:Nm為毛管的極限分流孔數；[Δh1]為毛管允許水頭偏差，m；k為水頭損失擴大系數，取1.1；S為毛管上分流孔間距，0.3 m；qd為水器設計流量，L/h。

3.2毛管進口工作壓力計算公式如下。

式中:hd為滴灌帶的工作水頭，取10 m；R為平均磨損比，取0.73。

3.3毛管水頭損失

其中:h毛為等距多孔管水頭損失，m；f、m、b分別為摩阻系數，流量指數和管徑系數，采用微管聚乙烯管時分別為0.505，1.75，4.75；N為出水孔個數； So進口至首孔的間距，m；K為損失擴大系數，取值1.1。

根據毛管進口工作壓力和毛管水頭損失，分別計算出毛管上A、B、C、D、E、5個點處的工作水頭。

3.4管道系統總水頭損失

總水頭損失中包括沿程水頭損失和局部水頭損失，管道的局部水頭損失值較小，約占沿程水頭損失的 5%～10%，利用管道水頭損失的擴大系數k修正，k取1.1。

4結果與分析

利用水利計算公式，分別計算出不同滴頭設計流量下毛管各處工作壓力水頭(表1)。

表1　毛管水頭與滴頭流量之間的關系

從表1可以看出，在不同滴頭設計流量下毛管首尾處的水頭也各不相同，在相同滴頭設計流量下，毛管上各點處的水頭隨滴頭設計流量的變化，呈近似于線性變化的趨勢，毛管上兩點間的水頭損失隨著水頭的減小，而呈現增大的趨勢。當Q=1.8L/h時，毛管進口水頭與末端水頭之間的水頭損失占毛管進口水頭的36%；當Q=2.6L/h時，毛管進口水頭與末端水頭之間的水頭損失占毛管進口水頭的27%；當Q=3.0L/h時，毛管進口水頭與末端水頭之間的水頭損失占毛管進口水頭的24.5%,隨著滴頭設計流量的增大，毛管水頭損量逐漸的減小。不同滴頭設計流量下毛管上各點的水頭損失差距較大，為了提高管道水的利用效率，應選擇適宜的滴頭設計流量。

從以上的數據分析中可以看出，滴頭設計流量越大，毛管水頭損失越小，但考慮到管道系統壓力對管道質量和首部樞紐壓力的要求，應選取滴頭設計流量Q=2.6L/h較為合適。

利用水力計算公式，分別計算出了不同滴灌帶布置方式、不同滴頭設計流量下管道的系統壓力(表2)。

表2　 系統壓力與滴頭流量的關系　MPa

注：表中數據是在支管管徑外徑取75mm時的壓力情況。

從表2可以看出，在不同滴灌帶布置方式下，管道系統壓力差距明顯。1膜2管布置方式下，隨著滴頭設計流量的增大，管道系統壓力呈增大的趨勢，但變化較小，最大滴頭設計流量與最小滴頭設計流量之間的壓差占最大滴頭設計流量壓力的8%；而1膜3管布置方式下，隨著滴頭設計流量的增大，管道系統壓力變化明顯，最大滴頭設計流量與最小滴頭設計流量之間的壓差占最大滴頭設計流量壓力的13%。在相同滴頭設計流量下，1膜3管布置方式下管道的系統壓力明顯高于1膜2管布置方式。

從數據分析可知，在滿足作物灌溉需水條件下，1膜2管布置方式對管道的壓力需求較低，對管道的質量要求也相對低一些，灌水過程中水頭損失也較小。在同一滴灌帶布置方式下，滴頭設計流量增大，管道系統壓力也相應的增大，但滴頭設計流量較小時，有可能造成低壓運行，使毛管末端水頭達不到灌溉水的要求，起不到有效灌水作用，因此，應選擇滴頭設計流量相對較大一點的。

試驗過程中管道管徑不同，在同一滴灌帶布置方式、相同滴頭設計流量下，管道系統壓力也存在較大的差異。因此分別計算出了不同滴灌帶布置方式、不同滴頭設計流量下管道的系統壓力(表3)。

表3　壓力與滴頭流量的關系　MPa

注：表中數據是在支管管徑外徑取90mm時的壓力情況。

從表3中可以看出，在相同滴灌帶布置方式下，隨著流量的增大，管道系統壓力呈近似線性變化。1膜2管布置方式下，最大滴頭設計流量與最小滴頭設計流量之間的壓差占最大滴頭設計流量壓力的4.7%，而1膜3管布置方式下，最大滴頭設計流量與最小滴頭設計流量之間的壓差占最大滴頭設計流量壓力的9%。

與表2相比可知，管道管徑不同，管道系統壓力存在差距，在同一滴灌帶布置方式下，隨著管徑的增大，相同滴頭設計流量下的系統壓力減小，最大滴頭設計流量與最小滴頭設計流量之間的壓差占最大滴頭設計流量壓力的百分比也減小，管道的水頭損失也相應的減小。因而，在管道管徑選取

時，應選擇較大的管徑。但從經濟效益方面來說，管徑過大，投資也較大，因此，應根據灌溉水需求選擇適中的管徑。

5結論

對不同滴灌帶布置方式、不同滴頭設計流量、不同管徑下毛管上的水頭及管道系統壓力進行的計算和分析結果表明，滴頭設計流量較大時，毛管水頭損失相對較小，管道管徑越大，系統工作壓力越小。最適合機采棉種植模式下的滴灌帶布置方式為1膜2管布置方式，滴頭設計流量為2.6L/h,在這種布置方式下，棉花對水分的利用效率達到最高，可以起到節水、增產的效果。

參考文獻

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中圖分類號S225.91+1文獻標識碼A文章編號0517-6611(2015)30-340-02

基金項目石河子大學優秀青年項目(2013ZRKXYQ17)；石河子大學國創計劃(201510759041);石河子大學SRP (2015141)。

作者簡介石培君(1992- ),男,甘肅武威人,在讀本科生,專業：農業水利工程。*通訊作者,山東臨朐人,副教授,從事節水灌溉理論與技術研究。

收稿日期2015-09-17

Selection of the Arrangement Method of Machine Pick up Cotton Drip Irrigation Belt

SHI Pei-jun1, LV Tin-bo1,2*, WU Xiao-di1et al (1. College of Water & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi, Xinjiang 832000; 2. Key Laboratory of Modern Water-saving Irrigation Corps, Shihezi, Xinjiang 832000)

Abstract[Objective] To study effects of different arrangement method of machine pick up cotton drip irrigation belt on cotton growth. [Method] By using field experiment method and selecting three irrigation district, with drip head as study object, two drip irrigation arrangement method was conducted with the same drip head deign in each irrigation plot. The dripper design flow were 1.8, 2.6 and 3.0 L / h; pipe diameter respectively 75 mm and 90 mm and diameter of 3 kinds of drip irrigation belt is 16 mm, the dripper distance is 30 cm. Starts from the capillary inlet followed by A, B, C, D, E were calculated at 5 o'clock in the lateral head, calculate the pressure pipeline system, in order to select the most suitable machine mining cotton planting mode under the optimal drip tape arrangement [Result] Under different dripper design flow and different drip tape arrangement modes, the working head and the system working pressure exists obvious difference. In the design condition, the best mode should be 1 film and 2 tube arrangement, the head flow rate is 2.6 L/h. [Conclusion] Under this arrangement mode, the utilization rate of cotton to water is the highest, which can save water and increase the yield.

Key wordsDrip belt arrangement; Machine pick up cotton; Emitter discharge; Water head; Pressure