滴灌系統皿字形管網布置模式探討

摘 要：本文提出一種滴灌系統采用“皿”字形管網布置方法，更好地適應區域農業灌溉，為高效節水灌溉提供新模式和新思路，“皿”字形管網最大特點是是將毛管與支管或輔管連接組成多個閉合環路，管網中無死端，該模式在條田長度一定范圍內較實用。

關鍵詞：“皿”字形管網；滴灌

中圖分類號：S275.6 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160312001

在農業節水灌溉中，滴灌工程管網布置模式主要指地下管網，按管網結構布置形式可分為環狀管網、樹狀管網和混合管網3大類，地下管網存在管道的開挖工程，因此，滴灌工程地下管網經過投資建設優化，以最少投資為建設目標，為了更好地提高水資源利用率和灌溉均勻度，節水灌溉田間灌溉管網模式也在不斷地創新與探索，以更好的適應區域節水灌溉的發展。“皿”字形管網布置是區域農業高效節水灌溉的一種新模式，將田間管網利用最大化，其管網特點是將田間毛管與支管或毛管與輔管連接成“皿”字形，形成一級或兩級閉合環路，這種管網供水可靠，可以將多個供水源通過管網連接，管網中無死端，該模式管網布置將更有利于農業耕作與機械化，尤其是彌補了滴灌帶鋪設極限長度的缺點。本文針對滴灌工程“皿”字形管網布置進行了探討。

1 管網設計

1.1 滴灌毛管極限孔數的確定

根據上式不難看出，確定了管材材質、管徑和水頭偏差，因滴灌工程毛管材質比較單一，流量指數m和管徑指數b為已知，影響極限孔數的主要因素是毛管上分流孔間距S和毛管上單孔或灌水器的設計流量qd。

1.2 管網規劃布置

1.2.1 常規管網布置模式

依據水平毛管的極限孔數的計算公式，很容易計算出毛管的極限孔數，也就確定了毛管的最大鋪設長度，而生產上往往田塊長度L超過滴灌帶鋪設的極限長度，因此常規設計將在條田中間布設支管管網，毛管與支管或輔管垂直呈魚骨式布置，毛管單側長度控制在小于極限長度，這種模式目前推廣應用較多，如圖1魚骨式布置示意圖。

1.2.2 “皿”字管網布置模式

在農業種植過程中，一些特定區域種植作物要求必須要覆土起壟，比如馬鈴薯、樹莓等，起壟的高度根據作物生長要求而定，起壟后壟距之間會形成一條壟溝，在滴灌鋪設支管的過程中支管就會垂直懸空搭在壟上，這樣非常不利于機械行間作業，機械行走要襯墊管道保護防止損壞，襯墊不好機械在自重力下拉動管（帶），嚴重會導致兩側按扣三通連接處脫落甚至損壞按扣三通，有些采取在壟上開槽將支管置于壟溝底部，這樣容易造成毛管打折而阻擋水流正常通過，在壟溝處有接頭也容易被碾壓，不利于田間機械作業和管理。“皿”字形管網布置將很好地解決這一問題，條田長度L遠超過滴灌帶鋪設極限長度，在條田兩端分別鋪設一條支管，將毛管與支管用旁通連接，形成“皿”字形，這樣就形成了一個完整的閉合管網，形成一個灌水小區，如圖1所示。

灌水小區的大小根據水源供水量確定，水量不足時，在支管上連接輔管，將一對輔管作為一個“皿”字形輔管管網的灌水小區，再將多個“皿”字形輔管管網組成一個的“皿”字形支管管網系統，如圖3輔管“皿”字形布置示意圖。

1.2.3 “皿”字形管網水力計算

較多學者重點研究了環狀管路上支管壓力流量分布和毛管入口壓力流量分布，對毛管上沿程壓力流量分布研究較少。根據研究成果，水力解析模型代表性的方法是有限元法、列隊競爭算法和遺傳算法等，這類方法計算結果比較符合實際，但計算過程較為繁瑣，計算量大。而“皿”字形管網布置的最大特點是將較多的毛管組成了多個環路，而在毛管又有多個滴頭，滴頭沿程壓力和流量的變化，缺少研究，也是“皿”字形管網水力計算的難點。

2 “皿”字管網布置模式優缺點與亟需解決的問題

2.1 優點

“皿”字形管網很好的解決了一些農業生產上問題，有利于機械田間作業，閥門設置在地頭，管理者只需在田頭按照輪灌方案開啟相應灌水小區閥門即可，田間減少了管件連接與閥門，在條田兩頭巡視管網連接部件，大大降低了田間跑冒滴漏現象，滴灌帶中間不打結，管網中無死端，降低了田間管理難度。

2.2 缺點

相比較常規管網布置而言，“皿”字形管網增加了地面管的數量，增大了畝投資，支管“皿”字形管網相對增加數量較大，而輔管“皿”字形管網相對較小。

2.3 亟需解決的問題

王賀賀等在環狀管網條件下滴灌帶鋪設在極限內測定數據，得出結論是灌水均勻度要高于其他，但是沒有研究在環狀管網條件下，滴灌帶鋪設超過極限長度灌水器流量隨壓力的變化情況。

“皿”字形管網布置條件下滴灌帶鋪鋪設超過極限長度滴灌帶沿程壓力與流量的變化、滴灌帶鋪設長度的確定、管網優化結構等問題還需要進一步試驗研究。

“皿”字形管網在一些區域比較適合推廣應用，對地形的適應要求、流量偏差是否能滿足灌水均勻度。

進一步研究開發適合“皿”字形管網布置模式的滴灌帶和灌水器。

3 小結

大力開展區域規模化高效節水灌溉，推廣先進適用節水灌溉技術，是目前實現現代化農業的一項重要舉措，而選擇合理的管網布置模式和灌水方式是區域節水灌溉推廣應用的必要前提。滴灌工程以其節水、節肥、省工、保持土壤結構通透氣、提高品質、增產增效等特點加大了應用和推廣，在不同區域不同種植作物上取得了很好的效果，作為目前較為普遍接受和認可的一種灌溉方式。在推廣應用的過程中，管網布置模式也存在不足，缺少靈活性，對區域的農業種植結構、農業機械化和田間管理帶來不便，為更好的滿足區域節水灌溉管網布置模式，進一步研究與探索“皿”字形管網的灌溉模式。

參考文獻

[1] 王賀賀，張志華. 毛管不同布置方式下滴灌管網壓力流量分布特性研究[J]. 農業工程，2015，10（32）：185-186

[2] 馮文衛. 滴灌系統干管環狀管網研究[J]. 工程技術，2015，22（1）：73-74

[3] 伊學農，任群，王國華，王雪峰編著.給水排水管網工程設計優化與運行管理[M].北京：化學工業出版社，2007（1）.

作者簡介：白安龍（1976-），男，工程師，從事節水灌溉工程的規劃設計、研究與應用推廣工作。