艾木都力·吾守爾

（新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

1 滴灌工程田間管網(wǎng)布置

1.1 毛管

滴灌灌水裝置俗稱滴頭，其依照供水方式的不同可細分為非壓力補償型與壓力補償型兩種類別。而整個滴水灌溉系統(tǒng)運行性能的優(yōu)劣，直接受到滴頭性能的影響?，F(xiàn)階段，在新疆大田作物滴灌中，由于當(dāng)?shù)卣w地勢相對平坦，其所采用的滴頭多為非壓力補償型，這種滴頭不僅鋪設(shè)管理方便且成本便捷，具有大面積成規(guī)模使用的良好性能。本次研究的作物種類為小麥，屬于典型的密植型作物，單位面積對灌溉水量的要求較大，這就需要在田間毛管的選取上充分考量滴頭流量、毛管間距及滴頭間距3種參數(shù)。一般來說，果樹、棉花等行播作物，其毛管多沿作物行向進行布設(shè)，布設(shè)間隔依照作物行距確定，但在滴頭流量的確定上須以能夠充分潤濕作物為基準(zhǔn)，不可隨意選擇。整體上應(yīng)在充分滿足作物濕潤要求的基礎(chǔ)上，盡可能選取小流量的滴頭。

1.2 滴頭流量、滴頭間距及毛管鋪設(shè)間距選擇

（1）選取流量大小適宜的滴頭，并根據(jù)選定的不同滴頭流量確定相應(yīng)的毛管間距和滴頭間距。

（2）滴頭間距的確定應(yīng)在符合理想滴頭間距的前提下，盡可能選用較大間距，同時為方便規(guī)?；a(chǎn)，應(yīng)以100mm為級差進行整數(shù)級調(diào)整。

（3）毛管鋪設(shè)間距確定要以滴頭濕潤寬度為基準(zhǔn)，濕潤比應(yīng)控制在95以上 （并盡量選取較大的間距。此外，為方便鋪設(shè)，毛管間距須為小麥行距的整倍數(shù)。

2 灌溉均勻度確定

完整的田間管網(wǎng)系統(tǒng)囊括支管與毛管，其中支管功能是聯(lián)通干管與毛管，實現(xiàn)兩者間水的傳輸，通常一條支管能夠控制一個完整的灌溉小區(qū)。因此當(dāng)全部灌溉小區(qū)的灌溉均勻度均滿足相關(guān)要求后，則整個田間管網(wǎng)灌溉均勻度也達到設(shè)計要求。而對于灌溉小區(qū)而言，其灌水均勻度取決于支管下屬各毛管流量兩極值的偏差。所以，灌水小區(qū)最大最小壓力偏差必須維持在允許范圍內(nèi)。

2.1 毛管非調(diào)壓設(shè)計

毛管非調(diào)壓概指一個灌水小區(qū)內(nèi)的水頭損失通過支管和毛管一起依照相應(yīng)比例承擔(dān)。壓力差在支管與毛管內(nèi)分配的差異會引起管網(wǎng)造價的差異，最佳的分配方案就是保證灌溉效果的前提下實現(xiàn)投資和運行費用的最小化。

2.2 毛管進水口設(shè)置調(diào)壓裝置

對于由一條毛管控制的灌水小區(qū)，通過在毛管端頭布設(shè)調(diào)壓裝置，便可實現(xiàn)對整個毛管水壓的有效調(diào)控。這種情況下可以在控制揚程穩(wěn)定的前提下，增長毛管長度，擴大灌溉面積，減小投資額；或在保持灌水裝置供水量的前提下，增大毛管端部進水壓力，從而實現(xiàn)運行費用的降低。

3 田間毛管長度的確定

毛管長度確定主要參考依據(jù)有農(nóng)作物生長需水量、滴頭流量、滴頭間距及管網(wǎng)直徑，考慮工程使用量因素，毛管長度即為田間工程優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵。在滿足灌溉水量和質(zhì)量的前提下，盡可能減少工程投資和運行費用，進而確定經(jīng)濟毛管長度，將對指導(dǎo)滴灌系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義。

3.1 田間毛管最大長度

田間毛管最大長度主要受其最大壓力偏差系數(shù)的影響，其值越大則最大長度越長。而毛管壓力偏差主要受灌水器流態(tài)指數(shù)的影響，其數(shù)值關(guān)系存在一定反比關(guān)系，流態(tài)指數(shù)越大則壓力偏差系數(shù)越小，毛管最大長度也越小。工程應(yīng)用過程中，通常選取流態(tài)數(shù)值較小的灌水器。選用統(tǒng)一類型灌水器情況下，毛管壓力偏差系數(shù)固定，增加壓力水頭，毛管壓力水頭差也會增加。前期規(guī)劃設(shè)計中，可用布萊修斯公式計算得出毛管最大長度，后期需要結(jié)果工程造價及運行費用進行綜合確定。

3.2 田間毛管經(jīng)濟長度

在同一灌水小區(qū)情況下，即使?jié)M足其水量和水質(zhì)要求，其支管、毛管布置方式和長度有差別，工程造價也有很大差異。灌水量一般以田間工程農(nóng)作物需水量為主要依據(jù)，灌水質(zhì)量主要以灌水均勻度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，具體為灌水小區(qū)內(nèi)灌水器的最大和最小壓力水力差所確定，其限制了田間毛管長度。如果在田間工程毛管進水口增加調(diào)壓裝置，則壓力差主要由毛管承擔(dān)，相應(yīng)地毛管長度需要增加，其相應(yīng)的工程造價也會增加。在確定灌水小區(qū)面積情況下，可在滴灌參數(shù)設(shè)計中納入工程造價和運行費用，進而確定最優(yōu)毛管長度。

毛管經(jīng)濟長度計算公式為：

式中 R為毛管布置方式，單向或雙向布置時分別為1，2；N2為毛管數(shù)量；L2為毛管長度（m）；α為資金回收因子；A為灌水小區(qū)面積 （m2）；h2為支管進口壓力水頭（m）；a為利息；Tp為年運行小時數(shù)（h）；Ec為電費價格（元/度）；Q為田間進水口的總流量（m3/h）；η為灌溉水有效利用系數(shù)，取0.9；h2為支管進口壓力水頭（m）；h1為毛管進口壓力水頭（m）。

3.3 田間毛管經(jīng)濟長度計算分析

田間工程毛管鋪設(shè)工程量最大，毛管用量多，毛管布置長度對田間工程造價有著重要的影響。在保證田間管網(wǎng)運行效果的前提下，應(yīng)盡可能降低滴灌管網(wǎng)造價，合理化布設(shè)田間管網(wǎng)。為掌握不同毛管間距不同滴頭流量情況下的毛管鋪設(shè)長度，針對0.6，0.76，0.9m 3種毛管間距情況下，1.8，2.4，2.8L/h，3種滴頭流量的毛管經(jīng)濟長度進行分析，計算3種情況下不同滴頭間距（0.2，0.25，0.3，0.4，0.5m）的經(jīng)濟毛管長度，其結(jié)果如圖1。

圖1 毛管間距鋪設(shè)長度與滴頭間距關(guān)系

結(jié)果可知，在毛管間距相同的情況下，隨著滴頭間距增加，田間經(jīng)濟毛管長度逐步增加。增加灌水小區(qū)面積，經(jīng)濟毛管長度也會增加；同時，在1.8，2.4，2.8L/h，3種滴頭流量情況下，其經(jīng)濟毛管長度會隨滴頭流量的增加而減小。通過工程投資與運行費用目標(biāo)函數(shù)分析，得到田間管網(wǎng)毛管適宜長度范圍65.4～100.8m，而用通常算法得到其極限長度范圍48.8～115.7m。確定滴灌系統(tǒng)田間工程毛管長度時，應(yīng)對極限長度和經(jīng)濟長度二者進行綜合考慮，如經(jīng)濟長度超過極限長度，則毛管長度取極限長度數(shù)值，反之則取經(jīng)濟長度數(shù)值。灌水小區(qū)在設(shè)計完成之后，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范對小區(qū)內(nèi)工程參數(shù)進行驗算，以確定最優(yōu)化、最有效的支管、毛管長度。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)地區(qū)地質(zhì)氣候條件和農(nóng)作物種植需求，確定適宜的滴頭流量。不同的滴頭流量選擇相適宜的滴頭間距和毛管間距。在滿足理想滴頭間距的前提下，滴頭間距應(yīng)盡可能選擇大數(shù)值，以0.1m級差整數(shù)級取值。毛管行距確定應(yīng)首先考慮滴頭濕潤度，濕潤比應(yīng)控制在95%以上，盡可能取大數(shù)值。毛管間距取值以農(nóng)田所種植作物行距的整數(shù)倍取值。

（2）通過對不同毛管情況進行計算分析得到，在相同毛管間距相情況下，田間經(jīng)濟毛管長度隨滴頭間距的增加而增加，隨滴頭流量的增加而減小。增加灌水小區(qū)面積，經(jīng)濟毛管長度也會增加。在選擇滴灌系統(tǒng)田間工程毛管長度時，應(yīng)綜合考慮毛管極限長度和經(jīng)濟長度，如經(jīng)濟長度超過極限長度，則毛管長度取極限長度數(shù)值，反之則取經(jīng)濟長度數(shù)值。