于國豐，趙鳳偉（.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽0003；.遼寧省水文局，遼寧沈陽 0005）

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螺旋消能補償式灌水器的研制與試驗研究

于國豐1，趙鳳偉2
（1.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧沈陽110003；2.遼寧省水文局，遼寧沈陽 110005）

［摘要］針對遼寧省補充性灌溉地區(qū)的特點，開發(fā)以補充灌溉為主，移動式、農民易于接受的新型節(jié)水灌溉設備，即螺旋消能補償式灌水器，以豐富遼寧省的節(jié)水灌溉技術手段。通過改變灌水器的結構形式，開展其結構參數(shù)、水力性能參數(shù)測試試驗，確定了應用此灌水器的輸水帶長度及灌水均勻度，可用于改進地面灌灌溉技術、管灌末級改造和應急抗旱使用等方面，促進了遼寧省避災農業(yè)、高效農業(yè)、現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展，保障全省糧食安全、農民增收。

［關鍵詞］螺旋消能；補償式；灌水器；試驗；

遼寧省是我國嚴重缺水的省份之一，全省人均水資源占有量為820 m3，耕地占有量僅為37.2 hm2，屬嚴重缺水地區(qū)，水資源供需矛盾突出，尤其是農業(yè)灌溉用水量較大，約占總用水量的70%左右，而且灌溉水利用率較低,需要大力發(fā)展節(jié)水灌溉技術。灌水器作為節(jié)水灌溉技術設備重要組成部分，其性能決定著高效節(jié)水灌溉技術的適用條件、使用范圍和配套的基礎設施等。目前，在灌水器研究主要是針對干旱條件下灌水器的結構參數(shù)、水力性能、設計計算方法、抗堵塞性能等方面，但針對補充性灌溉地區(qū),改進地面灌溉技術及應急抗旱使用的灌水器的研究比較少,為此開展以補充灌溉為主，移動式、抗堵塞性能強、農民易于接受的新型節(jié)水灌溉設備，出水量在160 L/h以上,實現(xiàn)了快速灌溉,有效改進地面灌溉技術,可在應急抗旱中使用，豐富了遼寧省的節(jié)水灌溉技術手段，對促進避災農業(yè)、高效農業(yè)、現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展，保障全省糧食安全、保證農民增收具有重大現(xiàn)實意義。

1　螺旋消能補償式灌水器的工作原理與結構形式

螺旋消能補償式灌水器指具有一定工作壓力的灌溉水，流經灌水器的通道充分消能后，以涌泉的形式均勻灌溉到田間的一種灌水器。在輸水帶上安裝螺旋消能補償式灌水器，達到在較低工作壓力下將灌溉水均勻快速灌溉到田間，形成一種新型節(jié)水灌溉設備。

螺旋消能補償式灌水器由進水裝置、出水裝置、與灌水帶連接裝置組成，詳見螺旋消能補償式灌水器結構圖1。出水裝置由消能通道、消能補償墊和出水孔組成。螺旋消能補償式灌水器的工作壓力范圍為8～10 m，進水孔孔徑為7 mm；出水孔孔徑為2.5 mm；消能通道面積0.8 mm2，遠遠大于細小顆粒堵塞的敏感尺寸0.1 mm，說明該灌水器結構形式具有較強的抗堵塞能力。

圖1　螺旋消能補償式灌水器結構圖

2　螺旋消能補償式灌水器的性能參數(shù)測試

對螺旋消能補償式灌水器的不同工作壓力情況下的出流量進行了測試，測試設備包括水箱、水泵、調壓閥、壓力表、輸水帶、灌水器、量杯、秒表。依次將水箱、水泵、調壓閥、壓力表、輸水帶、灌水器安裝調試。測試壓力范圍為3.5～10.5 m，工作壓力大于5.5 m時，壓力間隔為1 m，工作壓力范圍在3.5～5.5 m之間時，壓力間隔為0.5 m。測試方法采用在每個工作壓力穩(wěn)定工作101 min后，再測試灌水器每分鐘的出流量，每個工作壓力重復測試3次。不同工作壓力情況下灌水器的出流量數(shù)據(jù)見表1，由表1數(shù)據(jù)繪制螺旋消能補償式灌水器壓力流量關系曲線見圖2。

表1　不同工作壓力情況下灌水器的出水量

通過表1和圖2可知，螺旋消能補償式灌水器的出水量與工作壓力呈正比關系，當工作壓力差在小于3 m的范圍內，各灌水器出水量的差異變化小于20%，說明在應用到灌水帶上時，只要灌水帶的首尾壓力差控制在3 m以內，完全可以保障灌水帶均勻度。

圖2　螺旋消能補償式灌水器的壓力流量關系

3　田間灌水帶的性能參數(shù)測試

在準32壓片式輸水帶上每隔為3 m安裝1個螺旋消能補償式灌水器便制成田間灌水帶，共有3種規(guī)格長度，分別為50 m、70 m和100 m，主要測試灌水帶的壓力損失和灌水帶的首尾均勻度，為確定灌水帶合理長度提供依據(jù)。

3.1田間灌水帶的壓力損失

在灌水帶首尾均安裝壓力表，測試工作壓力范圍為5～10 m，從工作壓力10 m開始,待輸水帶穩(wěn)定工作10 min后，記錄灌水帶的首尾工作壓力.壓力間隔為1 m，依次測得不同工作壓力不同長度輸水帶的首尾工作壓力,由此測得50m，70，100 m長田間灌水帶在5～10 m壓力下的壓力損失數(shù)據(jù)，詳見表2。

表2　不同工作壓力下田間灌水帶的壓力損失

通過表2知，在工作壓力在5～10 m范圍內，50m田間灌水帶的工作壓力損失范圍為0.2～0.5 m，70 m田間灌水帶的工作壓力損失范圍為0.5～1.0 m，100 m田間灌水帶的工作壓力損失范圍為1.4～2.0 m。說明單位長度灌水帶的水頭損失與首部工作壓力成正比關系，單位長度灌水帶的水頭損失與灌水帶長度成正比關系，單位長度灌水帶的水頭損失變化范圍為0.004～0.02 m。

3.2田間灌水帶的均勻度

根據(jù)表1和表2的實測數(shù)據(jù)，灌水均勻度按照（1）式計算,計算結果見表3。

灌水均勻度=［1-（首部灌水器出水量-尾部灌水器出水量）/首部灌水器出水量］×100%（1）

表3　不同工作壓力下田間灌水帶的灌水均勻度

通過表3可知，在工作壓力在5～10 m范圍內，50 m田間灌水帶首尾均勻度為95%，70 m田間灌水帶首尾均勻度為91%，100 m田間灌水帶首尾均勻度為85%以上。根據(jù)螺旋消能補償式灌水器灌水量和田間灌水帶的壓力損失及灌水均勻度，確定田間灌水帶的合理灌溉長度為70 m，極限灌溉長度為100 m。

4　小結

1）田間灌水帶作為一種改進地面灌溉技術的灌溉設備，可用于常規(guī)灌溉，與滴灌、微噴帶灌溉技術形成互補；同時也可作為一種抗旱應急灌溉設備使用。

2）田間灌水帶的合理灌溉長度為70 m，田間灌水帶的首尾均勻度在90%以上。

3）螺旋消能補償式灌水器在田間灌水帶的合理間距，視土壤類型、作物和工作壓力進一步開展試驗確定。

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［中圖分類號］S274.1

［文獻標識碼］A

［文章編號］1002－0624（2016）03－0053－02

[收稿日期]2015-09-29