膜下滴灌非輪灌制度下灌溉管道設(shè)計(jì)

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簡(jiǎn)介： 本文主要闡述膜下滴灌輪灌制度設(shè)計(jì)條件的人工低壓灌溉狀態(tài)的管道設(shè)計(jì)極限條件,以確保極限條件下棉花的最低需水要求.
關(guān)鍵字：膜下 滴灌 輪灌 制度 管道設(shè)計(jì)

膜下滴灌管道設(shè)計(jì)主要以現(xiàn)行國(guó)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(guān)PVC-U管水力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行。由于近年來(lái)投資方對(duì)工程費(fèi)用要求逐年降低的趨勢(shì)，在管材價(jià)格居高不下的今天，許多設(shè)計(jì)方往往采用降低管徑的作法來(lái)減少工程總造價(jià)，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(jìn)入毛管的管道壓力。

　　3.采用多條分支干管同時(shí)輪灌的灌溉方式，以減小管徑，最為普遍設(shè)計(jì)為2-3條支管同時(shí)工作。

　　以上的設(shè)計(jì)方法雖然能部分降低工程造價(jià)，但并不實(shí)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(qiáng)度而采用單分支干管上毛管全灌方式——即不按設(shè)計(jì)輪灌制度進(jìn)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(diǎn)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(dá)到比溝灌作物產(chǎn)量增產(chǎn)目的。特別是在一個(gè)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(fèi)和施肥費(fèi)用的分戶核算。

　　采用小管徑的設(shè)計(jì)方法在實(shí)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(wú)水可滴造成作物枯萎，而水泵周圍的作物則會(huì)因?yàn)楣嗨科蟪霈F(xiàn)過(guò)分增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。因此，在減小管徑及降低工程造價(jià)的同時(shí)，必須考慮管道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足部分業(yè)主在實(shí)施非輪灌制度下的最低灌水要求，故在設(shè)計(jì)前應(yīng)確定管道設(shè)計(jì)允許最低的邊界條件。

　　一、實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)按非輪灌制度下考慮灌溉管道設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的條件

　　條件1：水泵附近的管道降壓方式不應(yīng)設(shè)在分支干管的入口處，最好設(shè)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(wú)條件時(shí)可采用人工閥門調(diào)壓，但人工調(diào)壓閥門必須與開(kāi)關(guān)閥門分開(kāi)設(shè)置，即執(zhí)行開(kāi)關(guān)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(yīng)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(shè)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(guò)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(huì)因?yàn)槟┒怂畵p過(guò)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(guò)低。

　　條件3：主管設(shè)計(jì)流速考慮經(jīng)濟(jì)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(yīng)為水平或順坡，且順坡坡度在1‰—3‰最為理想，坡度過(guò)大則會(huì)影響非輪灌制度的灌溉均勻度。如果為逆坡灌溉，實(shí)施非輪灌制度灌溉時(shí)的面積則會(huì)比順坡小。而此時(shí)為保證整塊條田全灌，必須提高水泵揚(yáng)程和流量，造成管徑增大。單條分干管控制條田的分區(qū)個(gè)數(shù)在不大于15時(shí)基本能滿足單管全灌的均勻度要求，但過(guò)小的分區(qū)個(gè)數(shù)也會(huì)使管徑增大。逆坡度在1‰—3‰時(shí)，分區(qū)個(gè)數(shù)可下降至10個(gè)以下。因此，最好不要逆坡布置管道。

　　條件5：通常條田因?yàn)樵捎脺瞎喽仨氃O(shè)置坡度，不管主管布置是否逆坡，雙向鋪設(shè)的毛管必須按逆坡短、順坡長(zhǎng)的方式布置，實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)通過(guò)均勻坡毛管水力計(jì)算確定。

　　條件6：順坡布置時(shí)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(yīng)大于4m，而逆坡布置則應(yīng)減至2-3m以下。

　　條件7：末端控制毛管的閥管條數(shù)不宜過(guò)大，一般以閥管流速作為控制依據(jù)，流速為3-4m/s時(shí)最佳，最大設(shè)計(jì)閥管流速應(yīng)控制在5m/s以下。（因?yàn)檫^(guò)大的流速只對(duì)靠近首部的毛管減壓有利，而末端毛管則會(huì)因壓力過(guò)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(zhǎng)，未端短的作法。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從末端按3m/s開(kāi)始設(shè)計(jì)管徑，反推至首部升至低于5m/s即可完成設(shè)計(jì)。）

　　條件8：水泵流量的確定需考慮實(shí)際安裝時(shí)因管道及閥門滲漏對(duì)管網(wǎng)壓力的不利影響，即設(shè)計(jì)時(shí)需考慮按計(jì)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(zé)任公司生產(chǎn)的內(nèi)鑲式紊滴帶1.7L/h計(jì)算）

　　滴灌帶為非補(bǔ)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(dú)立工作,日工作小時(shí)數(shù)為20小時(shí)。

　　解：1.滴頭進(jìn)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(yuǎn)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(dāng)?shù)陌踩禂?shù)。通過(guò)采用灌溉水力計(jì)算軟件V1。00進(jìn)行試算，最終計(jì)算出水平鋪設(shè)毛管的工作壓力為0.1m時(shí)，設(shè)計(jì)最大鋪設(shè)長(zhǎng)度接近正常工作壓力下的鋪設(shè)長(zhǎng)度（約79m左右）。此時(shí)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(shí)流量并非按線性減小，為降低系統(tǒng)總投資，實(shí)際邊界計(jì)算壓力按0.1m考慮比較合理。

　　2.按最低工作水壓0.1m時(shí)求滴頭的流量

　　Q=0.153*1^0.523=0.153 L/h

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

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

　　結(jié)果：水力損失為1.27m，最大設(shè)計(jì)流量為100m^3/h。

　　(具體計(jì)算采用灌溉水力計(jì)算軟件，計(jì)算過(guò)程略。)

　　4．控制面積確定

　　按滴帶行距0.75m，滴頭間距0.3m計(jì)算

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

　　5．按日工作20小時(shí)計(jì)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(shí)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(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于20℅。但由于首端消耗的為水泵多余的揚(yáng)程，未端管道仍有部分余壓水頭，這就最低限度保證了整個(gè)條田的全灌要求。

　　2）邊界設(shè)計(jì)由于是按照水平鋪設(shè)時(shí)的最大控制面積計(jì)算，考慮到有利的順坡條田鋪設(shè)管道時(shí)可控制面還可以增加，但增加幅度不宜大于邊界設(shè)計(jì)的50℅。

　　3）有局部逆坡的條田其控制面積則相應(yīng)減小，其減小幅度可簡(jiǎn)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(shè)計(jì)有降壓功能的水阻管或其它減壓裝置，如果必須設(shè)置減壓裝置則應(yīng)在該處加裝旁通裝置。

　　5)坡度為3‰時(shí)各管徑支管最大可控面積（計(jì)算過(guò)程略）：

　?。ㄗ⒁馊绻麠l田逆坡大于10‰，則無(wú)法實(shí)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

序號(hào)管外徑坡度為3‰坡度為0灌區(qū)類型設(shè)計(jì)日耗水量1Φ9062000 m^243400 m^2小型灌區(qū)5.4 mm/d2Φ11094000 m^265800 m^2中小型灌區(qū)5.4 mm/d3Φ160200000 m^2140000 m^2中型灌區(qū)5.4 mm/d4Φ200300000 m^2210000 m^2大型灌區(qū)5.4 mm/d5Φ250460000 m^2322000 m^2大型灌區(qū)5.4 mm/d