簡介： 本文主要闡述膜下滴灌輪灌制度設計條件的人工低壓灌溉狀態(tài)的管道設計極限條件,以確保極限條件下棉花的最低需水要求.
關鍵字：膜下 滴灌 輪灌 制度 管道設計

膜下滴灌管道設計主要以現(xiàn)行國家及行業(yè)規(guī)范《微灌工程技術(shù)規(guī)范——SL103-85》為主，并參照相關PVC-U管水力設計方法進行。由于近年來投資方對工程費用要求逐年降低的趨勢，在管材價格居高不下的今天，許多設計方往往采用降低管徑的作法來減少工程總造價，主要降徑方法如下：

　　1.水泵附近管道壓力較高，其分支干管道入口采用近2m/s的流速。

　　2.在該區(qū)域的分支干管上加上一小段降壓水阻管，以降低進入毛管的管道壓力。

　　3.采用多條分支干管同時輪灌的灌溉方式，以減小管徑，最為普遍設計為2-3條支管同時工作。

　　以上的設計方法雖然能部分降低工程造價，但并不實用于非輪灌制度下的單管全灌模式。主要原因是部分業(yè)主為減輕田間灌溉作業(yè)強度而采用單分支干管上毛管全灌方式——即不按設計輪灌制度進行灌溉。雖然該灌溉方式灌水均勻度低，但只要能保證最不利點供水量大于作物蒸騰作用所必需的最低耗水量，肯定能夠達到比溝灌作物產(chǎn)量增產(chǎn)目的。特別是在一個大型灌溉系統(tǒng)存在多用戶承包的情況下，該灌水方法更有利于水電費和施肥費用的分戶核算。

　　采用小管徑的設計方法在實施非輪灌制度灌溉后容易出現(xiàn)部分條田局部區(qū)域因無水可滴造成作物枯萎，而水泵周圍的作物則會因為灌水量偏大出現(xiàn)過分增長態(tài)勢。因此，在減小管徑及降低工程造價的同時，必須考慮管道設計應滿足部分業(yè)主在實施非輪灌制度下的最低灌水要求，故在設計前應確定管道設計允許最低的邊界條件。

　　一、實際設計時按非輪灌制度下考慮灌溉管道設計應遵循的條件

　　條件1：水泵附近的管道降壓方式不應設在分支干管的入口處，最好設在出地樁出口處。采用出口恒流閥門作為首選的降壓方式，無條件時可采用人工閥門調(diào)壓，但人工調(diào)壓閥門必須與開關閥門分開設置，即執(zhí)行開關功能的閥門不能用于調(diào)壓功能。調(diào)壓閥門的安裝位置應有一定的隱蔽性，以避免誤操作使管網(wǎng)壓力失控。具體方法為——將調(diào)壓閥門設置在地面以下100-200mm處，在系統(tǒng)調(diào)試完畢后用土蓋上即可。

　　條件2：首部過濾器至田間滴頭水損范圍為10-15m，最大不宜大于20m。如果大于上述范圍，則會因為末端水損過大而使大部份水量直接流入首部附近的田間區(qū)域，造成整塊條田的灌溉均勻度過低。

　　條件3：主管設計流速考慮經(jīng)濟管徑因素一般控制在1.2-1.5m/s較為合理，最大流速不宜大于1.8m/s。選擇流速越低，非輪灌制度的灌溉均勻度越高。

　　條件4：地形應為水平或順坡，且順坡坡度在1‰—3‰最為理想，坡度過大則會影響非輪灌制度的灌溉均勻度。如果為逆坡灌溉，實施非輪灌制度灌溉時的面積則會比順坡小。而此時為保證整塊條田全灌，必須提高水泵揚程和流量，造成管徑增大。單條分干管控制條田的分區(qū)個數(shù)在不大于15時基本能滿足單管全灌的均勻度要求，但過小的分區(qū)個數(shù)也會使管徑增大。逆坡度在1‰—3‰時，分區(qū)個數(shù)可下降至10個以下。因此，最好不要逆坡布置管道。

　　條件5：通常條田因為原采用溝灌而必須設置坡度，不管主管布置是否逆坡，雙向鋪設的毛管必須按逆坡短、順坡長的方式布置，實際長度應通過均勻坡毛管水力計算確定。

　　條件6：順坡布置時控制條田分干管上各出地樁之間的最大水損不宜大于6m，水平布置則不應大于4m，而逆坡布置則應減至2-3m以下。

　　條件7：末端控制毛管的閥管條數(shù)不宜過大，一般以閥管流速作為控制依據(jù)，流速為3-4m/s時最佳，最大設計閥管流速應控制在5m/s以下。（因為過大的流速只對靠近首部的毛管減壓有利，而末端毛管則會因壓力過小而造成水量不足。為解決這一矛盾，可采用不等距出地樁布置法——即靠近首部的出地樁間距長，未端短的作法。實際設計時應從末端按3m/s開始設計管徑，反推至首部升至低于5m/s即可完成設計。）

　　條件8：水泵流量的確定需考慮實際安裝時因管道及閥門滲漏對管網(wǎng)壓力的不利影響，即設計時需考慮按計算流量加5-10℅安全系數(shù)。

　　二、邊界水力求解：（按四川源田現(xiàn)代節(jié)水有限責任公司生產(chǎn)的內(nèi)鑲式紊滴帶1.7L/h計算）

　　滴灌帶為非補償紊流防堵型 ,額定流量1.7L/h，工作壓力100kPa，毛管內(nèi)徑為Φ16,壁厚為0.2mm,水力特性為Q=0.153*P^0.523,兩分干管獨立工作,日工作小時數(shù)為20小時。

　　解：1.滴頭進口最低工作壓力確定

　　0.75m*0.3m*5.4mm/10h=0.1215L/h

　　由于非輪灌制度下灌溉工作壓力遠低于滴頭額定工作壓力，而水力特性公式僅反映在額定工作壓力范圍內(nèi)水力特性。因此按水力特性公式確定灌溉工作壓力則必須考慮適當?shù)陌踩�系�?shù)。通過采用灌溉水力計算軟件V1。00進行試算，最終計算出水平鋪設毛管的工作壓力為0.1m時，設計最大鋪設長度接近正常工作壓力下的鋪設長度（約79m左右）。此時的滴頭流量為額定流量的9℅左右,即為0.153L/h。但考慮到壓力降為0.1m時流量并非按線性減小，為降低系統(tǒng)總投資，實際邊界計算壓力按0.1m考慮比較合理。

　　2.按最低工作水壓0.1m時求滴頭的流量

　　Q=0.153*1^0.523=0.153 L/h

　　3.大型灌區(qū)設計分支干管入口管徑最常用的為Φ160PVC-U管，邊界設計暫選此管徑。

　　條件：管內(nèi)徑為Φ152.6mm，設計流速為1.5m/s，坡降為+5‰。

　　結(jié)果：水力損失為1.27m，最大設計流量為100m^3/h。

　　(具體計算采用灌溉水力計算軟件，計算過程略。)

　　4．控制面積確定

　　按滴帶行距0.75m，滴頭間距0.3m計算

　　0.75m*0.3m*100m^3/h*1000/0.153L/h=147058m^2

　　5．按日工作20小時計算灌溉水量

　　灌溉水量為 0．153*20/（0.75*0.3*2）=6.8mm/d >5.4mm/d

　　由于灌溉水量大于日耗水量，即使是實際管網(wǎng)水損因有安裝或坡度等不利因素影響，采用此管徑下控制的條田面積仍可滿足最大耗水要求。

　　6.實際灌溉狀態(tài)分析與總結(jié)

　　1）由于主管己有近1.27m 的水力損失，接近首部的滴頭流量偏大，首末端流量偏差遠遠大于20℅。但由于首端消耗的為水泵多余的揚程，未端管道仍有部分余壓水頭，這就最低限度保證了整個條田的全灌要求。

　　2）邊界設計由于是按照水平鋪設時的最大控制面積計算，考慮到有利的順坡條田鋪設管道時可控制面還可以增加，但增加幅度不宜大于邊界設計的50℅。

　　3）有局部逆坡的條田其控制面積則相應減小，其減小幅度可簡化為除去逆坡面積后的條田控制面積。

　　4)滿足非輪灌制度灌溉的基本條件為主管道上不得設計有降壓功能的水阻管或其它減壓裝置，如果必須設置減壓裝置則應在該處加裝旁通裝置。

　　5)坡度為3‰時各管徑支管最大可控面積（計算過程略）：

　�。ㄗ⒁馊绻麠l田逆坡大于10‰，則無法實現(xiàn)單管全灌）。

非輪灌制度下各種管徑分支干管控制的最大條田面積