螺旋消能补偿式灌水器的研制与试验研究

于国丰，赵凤伟（.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳0003；.辽宁省水文局，辽宁沈阳 0005）



螺旋消能补偿式灌水器的研制与试验研究

于国丰1，赵凤伟2
（1.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳110003；2.辽宁省水文局，辽宁沈阳 110005）

［摘要］针对辽宁省补充性灌溉地区的特点，开发以补充灌溉为主，移动式、农民易于接受的新型节水灌溉设备，即螺旋消能补偿式灌水器，以丰富辽宁省的节水灌溉技术手段。通过改变灌水器的结构形式，开展其结构参数、水力性能参数测试试验，确定了应用此灌水器的输水带长度及灌水均匀度，可用于改进地面灌灌溉技术、管灌末级改造和应急抗旱使用等方面，促进了辽宁省避灾农业、高效农业、现代农业的发展，保障全省粮食安全、农民增收。

［关键词］螺旋消能；补偿式；灌水器；试验；

辽宁省是我国严重缺水的省份之一，全省人均水资源占有量为820 m3，耕地占有量仅为37.2 hm2，属严重缺水地区，水资源供需矛盾突出，尤其是农业灌溉用水量较大，约占总用水量的70%左右，而且灌溉水利用率较低,需要大力发展节水灌溉技术。灌水器作为节水灌溉技术设备重要组成部分，其性能决定着高效节水灌溉技术的适用条件、使用范围和配套的基础设施等。目前，在灌水器研究主要是针对干旱条件下灌水器的结构参数、水力性能、设计计算方法、抗堵塞性能等方面，但针对补充性灌溉地区,改进地面灌溉技术及应急抗旱使用的灌水器的研究比较少,为此开展以补充灌溉为主，移动式、抗堵塞性能强、农民易于接受的新型节水灌溉设备，出水量在160 L/h以上,实现了快速灌溉,有效改进地面灌溉技术,可在应急抗旱中使用，丰富了辽宁省的节水灌溉技术手段，对促进避灾农业、高效农业、现代农业的发展，保障全省粮食安全、保证农民增收具有重大现实意义。

1　螺旋消能补偿式灌水器的工作原理与结构形式

螺旋消能补偿式灌水器指具有一定工作压力的灌溉水，流经灌水器的通道充分消能后，以涌泉的形式均匀灌溉到田间的一种灌水器。在输水带上安装螺旋消能补偿式灌水器，达到在较低工作压力下将灌溉水均匀快速灌溉到田间，形成一种新型节水灌溉设备。

螺旋消能补偿式灌水器由进水装置、出水装置、与灌水带连接装置组成，详见螺旋消能补偿式灌水器结构图1。出水装置由消能通道、消能补偿垫和出水孔组成。螺旋消能补偿式灌水器的工作压力范围为8～10 m，进水孔孔径为7 mm；出水孔孔径为2.5 mm；消能通道面积0.8 mm2，远远大于细小颗粒堵塞的敏感尺寸0.1 mm，说明该灌水器结构形式具有较强的抗堵塞能力。

图1　螺旋消能补偿式灌水器结构图

2　螺旋消能补偿式灌水器的性能参数测试

对螺旋消能补偿式灌水器的不同工作压力情况下的出流量进行了测试，测试设备包括水箱、水泵、调压阀、压力表、输水带、灌水器、量杯、秒表。依次将水箱、水泵、调压阀、压力表、输水带、灌水器安装调试。测试压力范围为3.5～10.5 m，工作压力大于5.5 m时，压力间隔为1 m，工作压力范围在3.5～5.5 m之间时，压力间隔为0.5 m。测试方法采用在每个工作压力稳定工作101 min后，再测试灌水器每分钟的出流量，每个工作压力重复测试3次。不同工作压力情况下灌水器的出流量数据见表1，由表1数据绘制螺旋消能补偿式灌水器压力流量关系曲线见图2。

表1　不同工作压力情况下灌水器的出水量

通过表1和图2可知，螺旋消能补偿式灌水器的出水量与工作压力呈正比关系，当工作压力差在小于3 m的范围内，各灌水器出水量的差异变化小于20%，说明在应用到灌水带上时，只要灌水带的首尾压力差控制在3 m以内，完全可以保障灌水带均匀度。

图2　螺旋消能补偿式灌水器的压力流量关系

3　田间灌水带的性能参数测试

在准32压片式输水带上每隔为3 m安装1个螺旋消能补偿式灌水器便制成田间灌水带，共有3种规格长度，分别为50 m、70 m和100 m，主要测试灌水带的压力损失和灌水带的首尾均匀度，为确定灌水带合理长度提供依据。

3.1田间灌水带的压力损失

在灌水带首尾均安装压力表，测试工作压力范围为5～10 m，从工作压力10 m开始,待输水带稳定工作10 min后，记录灌水带的首尾工作压力.压力间隔为1 m，依次测得不同工作压力不同长度输水带的首尾工作压力,由此测得50m，70，100 m长田间灌水带在5～10 m压力下的压力损失数据，详见表2。

表2　不同工作压力下田间灌水带的压力损失

通过表2知，在工作压力在5～10 m范围内，50m田间灌水带的工作压力损失范围为0.2～0.5 m，70 m田间灌水带的工作压力损失范围为0.5～1.0 m，100 m田间灌水带的工作压力损失范围为1.4～2.0 m。说明单位长度灌水带的水头损失与首部工作压力成正比关系，单位长度灌水带的水头损失与灌水带长度成正比关系，单位长度灌水带的水头损失变化范围为0.004～0.02 m。

3.2田间灌水带的均匀度

根据表1和表2的实测数据，灌水均匀度按照（1）式计算,计算结果见表3。

灌水均匀度=［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　不同工作压力下田间灌水带的灌水均匀度

通过表3可知，在工作压力在5～10 m范围内，50 m田间灌水带首尾均匀度为95%，70 m田间灌水带首尾均匀度为91%，100 m田间灌水带首尾均匀度为85%以上。根据螺旋消能补偿式灌水器灌水量和田间灌水带的压力损失及灌水均匀度，确定田间灌水带的合理灌溉长度为70 m，极限灌溉长度为100 m。

4　小结

1）田间灌水带作为一种改进地面灌溉技术的灌溉设备，可用于常规灌溉，与滴灌、微喷带灌溉技术形成互补；同时也可作为一种抗旱应急灌溉设备使用。

2）田间灌水带的合理灌溉长度为70 m，田间灌水带的首尾均匀度在90%以上。

3）螺旋消能补偿式灌水器在田间灌水带的合理间距，视土壤类型、作物和工作压力进一步开展试验确定。

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［中图分类号］S274.1

［文献标识码］A

［文章编号］1002－0624（2016）03－0053－02

[收稿日期]2015-09-29