肖 璐

(烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)水務(wù)監(jiān)察大隊(duì)， 新疆 烏魯木齊 830039)

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滴灌灌水小區(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)的淺論及算例

肖 璐

(烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)水務(wù)監(jiān)察大隊(duì)， 新疆 烏魯木齊 830039)

滴灌工程建設(shè)規(guī)范規(guī)定，一條支管所控制的灌溉面積稱為一個(gè)灌水小區(qū)，它是滴灌系統(tǒng)最基本的設(shè)計(jì)單元，在支管管徑選擇及壓力均衡的驗(yàn)算方面起到十分重要的規(guī)范作用。為了滿足系統(tǒng)各灌水小區(qū)壓力均衡，在各支管入口設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，消除其余管線要求水頭與水源設(shè)計(jì)水頭之差，達(dá)到系統(tǒng)壓力均衡，使系統(tǒng)流量偏率不大于20%。

灌水小區(qū)； 水頭偏差； 極限長度； 壓力

1 概 述

在滴灌工程設(shè)計(jì)中，支管口安裝壓力調(diào)節(jié)裝置的條件下，一條支管及其所帶的毛管為一個(gè)灌水小區(qū)。

灌水小區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：灌水小區(qū)的允許水頭偏差計(jì)算；小區(qū)允許水頭偏差在支管、毛管間的分配；小區(qū)內(nèi)毛管的極限長度計(jì)算；灌水小區(qū)毛管壓力均衡調(diào)節(jié)；灌水小區(qū)支管進(jìn)口水頭確定及進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)。

2 灌水小區(qū)允許水頭偏差

小區(qū)允許水頭偏差率按下式計(jì)算：

式中 x——流態(tài)指數(shù)，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(qū)中允許水頭偏差分配

灌水小區(qū)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(qū)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3.1 理論分配比例

根據(jù)現(xiàn)行《微灌工程技術(shù)規(guī)范》，灌水小區(qū)內(nèi)灌水器設(shè)計(jì)允許水頭差在支管、毛管間的分配，應(yīng)按通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。初估時(shí)，可各按50%分配，即支管、毛管允許水頭差各為2.06m。以此計(jì)算毛管的理論極限長度。

3.2 設(shè)計(jì)采用的分配比例

在進(jìn)行田間管網(wǎng)布置時(shí)，由于受到田塊尺寸的限制和工作制度輪灌組數(shù)的要求，許多情況下，毛管不能按照理論極限長度布設(shè)，而是按照田塊尺寸并結(jié)合支管的布置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。然后根據(jù)毛管的實(shí)際鋪設(shè)長度，考慮地形坡度影響后計(jì)算出毛管實(shí)際的水頭差Δh毛實(shí)際，此時(shí)支管的允許水頭差為

以此作為設(shè)計(jì)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(jù)現(xiàn)行《微灌工程技術(shù)規(guī)范》，毛管的理論允許水頭差分配比例初步擬定時(shí)，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(jì)算方法存著與田塊尺寸、工作制度要求不協(xié)調(diào)，與田間管網(wǎng)布置的實(shí)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(wǎng)毛管長度的驗(yàn)算條件。

4.2 毛管驗(yàn)算條件的極限長度

在小區(qū)支管管徑及長度確定之后，考慮地形縱坡影響，計(jì)算支管的實(shí)際水頭差Δh支實(shí)際，毛管的實(shí)際允許水頭差為

以此作為設(shè)計(jì)管網(wǎng)毛管的設(shè)計(jì)允許水頭差，并根據(jù)設(shè)計(jì)允許水頭差計(jì)算毛管的極限長度，作為毛管極限長度驗(yàn)算條件。

5 灌水小區(qū)毛管壓力均衡調(diào)節(jié)

當(dāng)灌水小區(qū)田塊為平坡時(shí)，毛管按對稱分布雙向布置。當(dāng)灌水小區(qū)田塊為均勻坡度時(shí)，為了提高灌水均勻度，逆坡毛管和順坡毛管的鋪設(shè)長度應(yīng)逆坡短、順坡長，使逆坡毛管與順坡毛管產(chǎn)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(jì)算逆坡毛管和順坡毛管的長度，詳見7.2。

6 確定支管進(jìn)口水頭及進(jìn)口壓力調(diào)節(jié)

灌水小區(qū)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(jìn)口水頭的理論值HP支=Hg+[Δh]=14.12m。按小區(qū)支管、毛管選擇的管徑和鋪設(shè)長度計(jì)算，支管進(jìn)口的實(shí)際水頭不應(yīng)大于14.12m，以此作為小區(qū)驗(yàn)算條件。

在管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于水頭沿程損失的緣故，同一管網(wǎng)中各灌水小區(qū)入口壓力大小各不相同，靠近水源的小區(qū)入口壓力大，遠(yuǎn)離水源的小區(qū)入口壓力小，管網(wǎng)越大，差異性越大，不滿足各灌水小區(qū)間的壓力均衡要求，必須進(jìn)行壓力均衡調(diào)節(jié)。通常采用的壓力均衡調(diào)節(jié)措施是設(shè)置壓力調(diào)節(jié)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(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，使各灌水小區(qū)壓力條件均衡，灌水均勻度達(dá)到90%～95%的技術(shù)指標(biāo)。

7 均勻坡毛管極限長度計(jì)算算例

7.1 計(jì)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(shè)計(jì)水頭hd=10m,毛管內(nèi)徑d=15.2mm。

7.2 計(jì)算上、下坡毛管長度

c.毛管總孔數(shù)：N=140/0.4=350。

d.設(shè)下坡毛管孔數(shù)為N下，上坡毛管孔數(shù)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(jì)算可知N下=236時(shí)，N上=114。

h.計(jì)算上坡、下坡毛管鋪設(shè)長度:

Lm=S(Nm-1)

上坡毛管鋪設(shè)長度45.2m，下坡毛管鋪設(shè)長度94.8m。

i.壓力均衡驗(yàn)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(jì)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(yīng)使逆坡毛管與順坡毛管產(chǎn)生相等的最大壓力和最小壓力；當(dāng)?shù)谝豢讐毫樽畲髸r(shí)，應(yīng)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(shè)長度相等，并根據(jù)系統(tǒng)地塊長度確定出支管長度與毛管鋪設(shè)長度。

8 結(jié) 語

實(shí)例計(jì)算顯示, 灌水小區(qū)設(shè)計(jì)對于滴灌工程整體設(shè)計(jì)來說至關(guān)重要，它決定了滴灌的支管、毛管長度設(shè)計(jì)是否合理，是否能達(dá)到壓力均衡的條件，同時(shí),該計(jì)算方法可為滴灌灌水小區(qū)壓力、流量的確定和設(shè)置壓力調(diào)節(jié)設(shè)備提供理論設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)，保證后期在滴灌工程運(yùn)行后滿足灌水均勻的要求。

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

[2] 張志新，等.滴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[3] 顧烈烽.滴灌工程設(shè)計(jì)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