滴灌灌水小区优化设计的浅论及算例

肖 璐

(乌鲁木齐市达坂城区水务监察大队， 新疆 乌鲁木齐 830039)



滴灌灌水小区优化设计的浅论及算例

肖 璐

(乌鲁木齐市达坂城区水务监察大队， 新疆 乌鲁木齐 830039)

滴灌工程建设规范规定，一条支管所控制的灌溉面积称为一个灌水小区，它是滴灌系统最基本的设计单元，在支管管径选择及压力均衡的验算方面起到十分重要的规范作用。为了满足系统各灌水小区压力均衡，在各支管入口设置压力调节阀，消除其余管线要求水头与水源设计水头之差，达到系统压力均衡，使系统流量偏率不大于20%。

灌水小区； 水头偏差； 极限长度； 压力

1 概 述

在滴灌工程设计中，支管口安装压力调节装置的条件下，一条支管及其所带的毛管为一个灌水小区。

灌水小区的优化设计包括：灌水小区的允许水头偏差计算；小区允许水头偏差在支管、毛管间的分配；小区内毛管的极限长度计算；灌水小区毛管压力均衡调节；灌水小区支管进口水头确定及进口压力调节。

2 灌水小区允许水头偏差

小区允许水头偏差率按下式计算：

式中 x——流态指数，紊流滴头取x=0.5；

[qv]——流量偏差率，取[qv]=0.20。

代入上式，[hv]=0.412。

滴头工作压力为10m，允许水头偏差[Δh]=4.12m。

3 灌水小区中允许水头偏差分配

灌水小区允许水头偏差由支管水头差和毛管水头差两部分组成，其分配比例是小区优化设计的重要技术经济指标。

3.1 理论分配比例

根据现行《微灌工程技术规范》，灌水小区内灌水器设计允许水头差在支管、毛管间的分配，应按通过技术经济比较确定。初估时，可各按50%分配，即支管、毛管允许水头差各为2.06m。以此计算毛管的理论极限长度。

3.2 设计采用的分配比例

在进行田间管网布置时，由于受到田块尺寸的限制和工作制度轮灌组数的要求，许多情况下，毛管不能按照理论极限长度布设，而是按照田块尺寸并结合支管的布置进行适当的调整。然后根据毛管的实际铺设长度，考虑地形坡度影响后计算出毛管实际的水头差Δh毛实际，此时支管的允许水头差为

以此作为设计采用的支管允许水头差，用以选择支管管径。

4 毛管极限长度

在毛管的管径、滴头流量、滴头间距、滴头工作压力确定之后，允许水头差是影响毛管极限长度的决定性因素。由于毛管允许水头差的取值理念不同，毛管的极限长度也随之不同。

4.1 理论极限长度

根据现行《微灌工程技术规范》，毛管的理论允许水头差分配比例初步拟定时，可取50%，其允许水头差值为2.06m，以此可决定毛管的理论极限长度。但该种分析计算方法存着与田块尺寸、工作制度要求不协调，与田间管网布置的实际不相符等缺陷，因而理论极限长度，只宜作为毛管布置的初步参考，不能作为田间管网毛管长度的验算条件。

4.2 毛管验算条件的极限长度

在小区支管管径及长度确定之后，考虑地形纵坡影响，计算支管的实际水头差Δh支实际，毛管的实际允许水头差为

以此作为设计管网毛管的设计允许水头差，并根据设计允许水头差计算毛管的极限长度，作为毛管极限长度验算条件。

5 灌水小区毛管压力均衡调节

当灌水小区田块为平坡时，毛管按对称分布双向布置。当灌水小区田块为均匀坡度时，为了提高灌水均匀度，逆坡毛管和顺坡毛管的铺设长度应逆坡短、顺坡长，使逆坡毛管与顺坡毛管产生相同的最大水压和最小水压。即逆坡毛管与顺坡毛管在考虑田面纵坡条件之后最大水头差相等。由此计算逆坡毛管和顺坡毛管的长度，详见7.2。

6 确定支管进口水头及进口压力调节

灌水小区的允许水头差[Δh]=4.12m，滴头额定工作压力Hg=10m，则满足滴头正常工作压力要求的支管进口水头的理论值HP支=Hg+[Δh]=14.12m。按小区支管、毛管选择的管径和铺设长度计算，支管进口的实际水头不应大于14.12m，以此作为小区验算条件。

在管网实际运行过程中，由于水头沿程损失的缘故，同一管网中各灌水小区入口压力大小各不相同，靠近水源的小区入口压力大，远离水源的小区入口压力小，管网越大，差异性越大，不满足各灌水小区间的压力均衡要求，必须进行压力均衡调节。通常采用的压力均衡调节措施是设置压力调节装置，即按照满足滴头正常工作压力要求的支管口压力条件在支管入口设置压力调节阀，使各灌水小区压力条件均衡，灌水均匀度达到90%～95%的技术指标。

7 均匀坡毛管极限长度计算算例

7.1 计算条件

支管间距140m，田面纵坡J=1/70=0.0143，滴头流量qd=1.8L/h，滴头间距Se=0.4m。滴头设计水头hd=10m,毛管内径d=15.2mm。

7.2 计算上、下坡毛管长度

c.毛管总孔数：N=140/0.4=350。

d.设下坡毛管孔数为N下，上坡毛管孔数为N上=350-N下。

e.上坡毛管最大压力差Δhmax上：

f.下坡毛管最大压力差Δhmax下：r>1,下坡最大压力孔号Pm=1，下坡最小压力孔号Pn=N下-INT(r0.571)=N下-110

g.求N下、N上，令Δhmax上=Δhmax下，得

整理得

将两式同除以-1051284.826，得

由计算可知N下=236时，N上=114。

h.计算上坡、下坡毛管铺设长度:

Lm=S(Nm-1)

上坡毛管铺设长度45.2m，下坡毛管铺设长度94.8m。

i.压力均衡验算

毛管流量为

顺坡毛管流量为Q毛顺=0.4266m3/h，逆坡毛管流量为Q毛逆=0.2034m3/h。

毛管水头损失为

顺坡毛管为1.15hf毛=1.95m，逆坡毛管为1.15hf毛=0.251m。

地形高差为

ΔZ=iL

顺坡毛管为ΔZ=+1.356m，逆坡毛管为ΔZ=-0.646m。

j.上坡、下坡毛管末端工作压力计算:

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

对于均匀坡，支管的位置应使逆坡毛管与顺坡毛管产生相等的最大压力和最小压力；当第一孔压力为最大时，应使逆坡与顺坡毛管上的最大压差相等。对于平坡，毛管顺逆坡铺设长度相等，并根据系统地块长度确定出支管长度与毛管铺设长度。

8 结 语

实例计算显示, 灌水小区设计对于滴灌工程整体设计来说至关重要，它决定了滴灌的支管、毛管长度设计是否合理，是否能达到压力均衡的条件，同时,该计算方法可为滴灌灌水小区压力、流量的确定和设置压力调节设备提供理论设计参数依据，保证后期在滴灌工程运行后满足灌水均匀的要求。

[1] 周卫平,宋广程,邵思.微灌工程技术[M].北京：中国水利水电出版社，1999.

[2] 张志新，等.滴灌工程规划设计原理与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

[3] 顾烈烽.滴灌工程设计图集[M].北京：中国水利水电出版社，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