滴灌灌水小區優化設計的淺論及算例

肖 璐

(烏魯木齊市達坂城區水務監察大隊， 新疆 烏魯木齊 830039)

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滴灌灌水小區優化設計的淺論及算例

肖 璐

(烏魯木齊市達坂城區水務監察大隊， 新疆 烏魯木齊 830039)

滴灌工程建設規范規定，一條支管所控制的灌溉面積稱為一個灌水小區，它是滴灌系統最基本的設計單元，在支管管徑選擇及壓力均衡的驗算方面起到十分重要的規范作用。為了滿足系統各灌水小區壓力均衡，在各支管入口設置壓力調節閥，消除其余管線要求水頭與水源設計水頭之差，達到系統壓力均衡，使系統流量偏率不大于20%。

灌水小區； 水頭偏差； 極限長度； 壓力

1 概 述

在滴灌工程設計中，支管口安裝壓力調節裝置的條件下，一條支管及其所帶的毛管為一個灌水小區。

灌水小區的優化設計包括：灌水小區的允許水頭偏差計算；小區允許水頭偏差在支管、毛管間的分配；小區內毛管的極限長度計算；灌水小區毛管壓力均衡調節；灌水小區支管進口水頭確定及進口壓力調節。

2 灌水小區允許水頭偏差

小區允許水頭偏差率按下式計算：

式中 x——流態指數，紊流滴頭取x=0.5；

[qv]——流量偏差率，取[qv]=0.20。

代入上式，[hv]=0.412。

滴頭工作壓力為10m，允許水頭偏差[Δh]=4.12m。

3 灌水小區中允許水頭偏差分配

灌水小區允許水頭偏差由支管水頭差和毛管水頭差兩部分組成，其分配比例是小區優化設計的重要技術經濟指標。

3.1 理論分配比例

根據現行《微灌工程技術規范》，灌水小區內灌水器設計允許水頭差在支管、毛管間的分配，應按通過技術經濟比較確定。初估時，可各按50%分配，即支管、毛管允許水頭差各為2.06m。以此計算毛管的理論極限長度。

3.2 設計采用的分配比例

在進行田間管網布置時，由于受到田塊尺寸的限制和工作制度輪灌組數的要求，許多情況下，毛管不能按照理論極限長度布設，而是按照田塊尺寸并結合支管的布置進行適當的調整。然后根據毛管的實際鋪設長度，考慮地形坡度影響后計算出毛管實際的水頭差Δh毛實際，此時支管的允許水頭差為

以此作為設計采用的支管允許水頭差，用以選擇支管管徑。

4 毛管極限長度

在毛管的管徑、滴頭流量、滴頭間距、滴頭工作壓力確定之后，允許水頭差是影響毛管極限長度的決定性因素。由于毛管允許水頭差的取值理念不同，毛管的極限長度也隨之不同。

4.1 理論極限長度

根據現行《微灌工程技術規范》，毛管的理論允許水頭差分配比例初步擬定時，可取50%，其允許水頭差值為2.06m，以此可決定毛管的理論極限長度。但該種分析計算方法存著與田塊尺寸、工作制度要求不協調，與田間管網布置的實際不相符等缺陷，因而理論極限長度，只宜作為毛管布置的初步參考，不能作為田間管網毛管長度的驗算條件。

4.2 毛管驗算條件的極限長度

在小區支管管徑及長度確定之后，考慮地形縱坡影響，計算支管的實際水頭差Δh支實際，毛管的實際允許水頭差為

以此作為設計管網毛管的設計允許水頭差，并根據設計允許水頭差計算毛管的極限長度，作為毛管極限長度驗算條件。

5 灌水小區毛管壓力均衡調節

當灌水小區田塊為平坡時，毛管按對稱分布雙向布置。當灌水小區田塊為均勻坡度時，為了提高灌水均勻度，逆坡毛管和順坡毛管的鋪設長度應逆坡短、順坡長，使逆坡毛管與順坡毛管產生相同的最大水壓和最小水壓。即逆坡毛管與順坡毛管在考慮田面縱坡條件之后最大水頭差相等。由此計算逆坡毛管和順坡毛管的長度，詳見7.2。

6 確定支管進口水頭及進口壓力調節

灌水小區的允許水頭差[Δh]=4.12m，滴頭額定工作壓力Hg=10m，則滿足滴頭正常工作壓力要求的支管進口水頭的理論值HP支=Hg+[Δh]=14.12m。按小區支管、毛管選擇的管徑和鋪設長度計算，支管進口的實際水頭不應大于14.12m，以此作為小區驗算條件。

在管網實際運行過程中，由于水頭沿程損失的緣故，同一管網中各灌水小區入口壓力大小各不相同，靠近水源的小區入口壓力大，遠離水源的小區入口壓力小，管網越大，差異性越大，不滿足各灌水小區間的壓力均衡要求，必須進行壓力均衡調節。通常采用的壓力均衡調節措施是設置壓力調節裝置，即按照滿足滴頭正常工作壓力要求的支管口壓力條件在支管入口設置壓力調節閥，使各灌水小區壓力條件均衡，灌水均勻度達到90%～95%的技術指標。

7 均勻坡毛管極限長度計算算例

7.1 計算條件

支管間距140m，田面縱坡J=1/70=0.0143，滴頭流量qd=1.8L/h，滴頭間距Se=0.4m。滴頭設計水頭hd=10m,毛管內徑d=15.2mm。

7.2 計算上、下坡毛管長度

c.毛管總孔數：N=140/0.4=350。

d.設下坡毛管孔數為N下，上坡毛管孔數為N上=350-N下。

e.上坡毛管最大壓力差Δhmax上：

f.下坡毛管最大壓力差Δhmax下：r>1,下坡最大壓力孔號Pm=1，下坡最小壓力孔號Pn=N下-INT(r0.571)=N下-110

g.求N下、N上，令Δhmax上=Δhmax下，得

整理得

將兩式同除以-1051284.826，得

由計算可知N下=236時，N上=114。

h.計算上坡、下坡毛管鋪設長度:

Lm=S(Nm-1)

上坡毛管鋪設長度45.2m，下坡毛管鋪設長度94.8m。

i.壓力均衡驗算

毛管流量為

順坡毛管流量為Q毛順=0.4266m3/h，逆坡毛管流量為Q毛逆=0.2034m3/h。

毛管水頭損失為

順坡毛管為1.15hf毛=1.95m，逆坡毛管為1.15hf毛=0.251m。

地形高差為

ΔZ=iL

順坡毛管為ΔZ=+1.356m，逆坡毛管為ΔZ=-0.646m。

j.上坡、下坡毛管末端工作壓力計算:

上坡毛管：

=14.12-1.15hf支-0.251-0.646

=13.22-1.15hf支

下坡毛管：

=14.12-1.15hf支-1.95+1.356

=13.52-1.15hf支

對于均勻坡，支管的位置應使逆坡毛管與順坡毛管產生相等的最大壓力和最小壓力；當第一孔壓力為最大時，應使逆坡與順坡毛管上的最大壓差相等。對于平坡，毛管順逆坡鋪設長度相等，并根據系統地塊長度確定出支管長度與毛管鋪設長度。

8 結 語

實例計算顯示, 灌水小區設計對于滴灌工程整體設計來說至關重要，它決定了滴灌的支管、毛管長度設計是否合理，是否能達到壓力均衡的條件，同時,該計算方法可為滴灌灌水小區壓力、流量的確定和設置壓力調節設備提供理論設計參數依據，保證后期在滴灌工程運行后滿足灌水均勻的要求。

[1] 周衛平,宋廣程,邵思.微灌工程技術[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[2] 張志新，等.滴灌工程規劃設計原理與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3] 顧烈烽.滴灌工程設計圖集[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

Discussion and numerical examples of optimization design of drip irrigation district

XIAO Lu

(Urumqi Daban Urban Area Water Inspection Team, Urumqi 830039, China)

Drip irrigation project construction standard stipulates that the irrigation area controlled by one small branch pipe is called one small irrigation district. It is the most basic design unit in drip irrigation system design, which plays very important specification role in the aspects of branch pipe diameter selection and pressure balance calculation. Pressure regulation valves are set on inlets of all branch pipes in order to meet pressure balance of all small irrigation districts of the system. Eliminating other pipelines requires the difference between water head and water source designed water head reaching pressure balance of the system, so that system flow capacity deviation cannot be larger than 20%.

irrigation district; water head deviation; limit length; pressure

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.07.014

TV93

A

2096- 0131(2016)07- 0048- 03