毛管规格型号及布置方式对灌水小区支管敷设长度的影响研究

郭 龙，张瑞山

(大禹设计咨询集团有限公司，甘肃 兰州 730000)

滴灌系统的成功与否是以设计方案必须合理为前提的，灌水小区内的管网布置形式是微灌毛管水力设计的前提和基础[1]，直接决定着滴灌系统灌溉质量的优劣，设计方案中毛管布置形式有2种：毛管双向布置和毛管单向布置[2]，毛管双向布置较单向布置可提高灌溉质量，也能降低灌水小区支管长度及出水口数量，一定程度上降低项目建设初期投资[3]。对于灌水小区管网布置形式的影响研究，对于地形平坦的项目区较为容易，而对于田面平整度较差，地形坡降不均匀的项目区相对困难，都需要设计人员根据经验确定灌水小区管网铺设的布置方案[4]。在设计灌水小区管网布置方案时，地形坡降、支管管径以及毛管铺设长度与间距等基本参数对其均有很大的影响[5]。因此在滴灌工程设计阶段[6]，如何快速确定最优的灌水小区设计方案，这显得尤为关键。

1 研究内容

本文以地形较为平坦(均匀坡度)的灌水小区[7]为研究对象，自主编制了滴灌灌水小区水力参数EXCEL计算表格，针对不同种植作物模式(株、行距)(注：文中相关参数参照大田玉米种植模式取值)，选用不同的毛管的规格型号(灌水器间距、流量)，再结合项目区具体田块的形状(毛管铺设长度、间距)等影响因素[8]，分析计算了各种因素不同组合的情况下对应的灌水小区支管铺设长度。文中计算选用的材料均参照大禹节水集团股份有限公司生产的农用输水0.25MPaPE软管系列产品，毛管选用内镶贴片式滴灌带[9](Φ16×0.2×300-2.0L，0.25MPa)，根据GB/T 50485—2020《微灌工程技术标准》的要求及相关计算公式(限于篇幅，不在列出)，在同一经济流速取值时，不同型号的支管对应的过水流量的计算成果见表1。

表1 不同规格支管对应的过水流量计算成果表

上述计算结果只计算了经济流速v=1.5m/s时的不同管径的支管的过水流量。

依据GB/T 50485—2020相关计算公式，结合各影响因素取值为L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h的组合条件下(不同规格支管对应各影响因素取值的其他组合情况不再计列)，在同一经济流速取值时，结合表1计算成果，不同规格支管对应的灌水小区支管铺设长度及其控制灌溉面积计算成果见表2。

表2 不同规格支管对应的灌水小区支管铺设长度及其控制灌溉面积计算成果表

通过上表的计算结果可以看出，灌水小区内不同规格的支管铺设长度随管径增大而变大，对应的支管控制的灌溉面积也随之增大，但是，可以发现灌水小区支管的过水流量Q支与支管铺设长度LN在数值上近似相等，即Q支≈LN。

特别的，结合各影响因素取值为L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h的组合条件下(不同规格支管对应各影响因素取值的其他组合情况不再计列)，在不同经济流速取值时，同一规格支管对应的灌水小区支管铺设长度及其控制灌溉面积计算成果见表3。

表3 不同经济流速对应PE软带Φ75铺设长度及其控制灌水小区面积

上表计算结果显示，流速取值越大，同等灌溉系统(系统流量相同、管径相同)条件下，不同灌水小区控制灌溉面积随经济流速的增大而变大，支管的铺设长度也随经济流速的增大而变长，但是，可以看出灌水小区支管的过水流量Q支与支管铺设长度L支在数值上近似相等，即Q支≈LN。并且发现在表中参数组合条件下，Q支与L支在数值上近似相等的关系并没有受到经济流速取值的影响。

在各影响因素取值为L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h的组合基础上，再以各因素取值为中间值(常用)的两侧分别取两组参数(设计方案中较为常用的)，在同一经济流速取值时，同一规格支管(不同规格不再列出)对应的灌水小区支管铺设长度及其控制灌溉面积计算成果见表4。

表4 滴管带规格型号及布置方式对应的灌水小区支管铺设长度计算成果表

通过上表计算结果可得以下4个方面的结论：

(1)毛管长度对灌水小区支管铺设长度的影响

影响因素L毛：由表4中灌水小区支管铺设长度与毛管铺设长度之间的计算结果可知，在支管进口压力相同时，灌水小区支管铺设长度随毛管铺设长度的增大而显著减小，但灌水小区控制灌溉面积大小近似相等。

(2)滴头间距对灌水小区支管铺设长度的影响

影响因素Sd：由表4中灌水小区毛管长度与滴头间距之间的计算结果可知，灌水小区毛管铺设长度随滴头间距的增大呈递增趋势，从影响程度上来看，影响因素Sd对灌水小区支管铺设长度的影响最为显著。

(3)滴头流量对灌水小区支管铺设长度的影响

影响因素qd：由表4中灌水小区毛管长度与滴头流量之间的计算结果可知，灌水小区毛管铺设长度随滴头流量的增大呈递减趋势，从影响程度上来看，影响因素qd对灌水小区支管铺设长度的影响也较为显著。

(4)毛管间距对灌水小区支管铺设长度的影响

影响因素Se：由表4中灌水小区支管铺设长度与毛管间距之间的计算结果可知，毛管铺设间距越大，灌水小区支管铺设长度越长，这与滴头间距对灌水小区的支管铺设长度的影响一致，当毛管铺设间距小于设计值时，灌水小区的支管铺设长随毛管间距的减小而急剧减小，反之，当毛管间距大于设计值时，灌水小区毛管铺设长随毛管间距的增大而增加。

至此，在L毛、Se、Sd、qd组合取值确定的情况下，可以确定推荐方案的灌水小区支管的铺设长度及其控制灌溉面积的大小。从表4的计算结果中也可以发现，上述四个因素任意取值时，对应的Q支与L支在数值上近似相等的关系将不再成立，且随各影响因素取值的不同差别较大。

2 结语

(1)本文综合考虑分析了灌水小区内支管、毛管的规格型号及布置方式对灌水小区控制面积大小的不同影响，故在灌水小区管网优化设计时，在保证灌溉水量和灌水均匀度的前提下，要科学合理的选取影响灌水小区控制面积大小的因素的取值，以保证设计方案最优。

(2)本文通过计算得出的影响因素组合特例：即在L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h时，Q支≈LN，该结论能较简便的完成同类种植模式对应的灌水小区管网布置形式设计工作前期方案的比选工作(亩均投资的高低直接决定设计方案)，计算结果较为准确，可以提高项目设计初期的工作效率，可供设计工作者和建设单位相关人员在实践中参考。