滴灌毛管管徑優(yōu)化研究

丁蘇疆 李寶珠 劉 慶 苑 征

（新疆泓科節(jié)水設(shè)備制造有限公司 新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

滴灌系統(tǒng)由首部、輸配水干管、支管、毛管（含滴頭）、連接件、控制裝置等組成。毛管投資一般占滴灌系統(tǒng)初始投資的25%，若按使用年限折舊，則占到整個(gè)滴灌系統(tǒng)投資的85%以上[1]。因此，毛管性能優(yōu)劣、成本高低直接影響著滴灌系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和滴灌技術(shù)的應(yīng)用推廣，也影響著一個(gè)灌溉產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 毛管管徑與成本的關(guān)系分析

毛管成本主要包括加工費(fèi)、模具與檢修費(fèi)、人工、電、原料等費(fèi)用，其中原料費(fèi)用占到成本的80%左右。而毛管單位長(zhǎng)度消耗原料體積可用式（1）計(jì)算[2]。

式中，V——單位長(zhǎng)度需要的塑料體積，m3/m；

D——毛管外徑，mm；

[σ]——設(shè)計(jì)允許抗拉強(qiáng)度，MPa；

P——管內(nèi)水壓力，MPa。

因此，毛管單位長(zhǎng)度成本可近似表示為式（2）。

式中，Y——單位長(zhǎng)度毛管成本，元/m；

ρ——塑料密度，kg/m3；

C——塑料原料單價(jià)，元/kg。

由式（2）知：在壓力、原料價(jià)格和抗拉強(qiáng)度相同的條件下，可近似地認(rèn)為毛管成本與管徑平方成正比。

3 毛管管徑與滴灌系統(tǒng)材料設(shè)備造價(jià)關(guān)系研究

3.1 毛管管徑與鋪設(shè)長(zhǎng)度的關(guān)系分析

毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度需滿(mǎn)足灌水均勻度要求，目前主要是通過(guò)限定灌水小區(qū)內(nèi)灌水器的流量偏差來(lái)保證，其流量偏差率和水頭偏差應(yīng)在允許范圍內(nèi)[3]，水平毛管的鋪設(shè)長(zhǎng)度可由式(3)和式（4）確定[4]。

式中，Nm——毛管的極限分流孔數(shù)；

INT[]——將括號(hào)內(nèi)實(shí)數(shù)舍去小數(shù)成整數(shù)；

[Δh2]——毛管允許水頭偏差，m；

k——水頭損失擴(kuò)大系數(shù)；

Se——毛管上灌水器間距，m；

qd——灌水器設(shè)計(jì)流量，L/h；

S0——毛管進(jìn)口至首孔的距離，m。

由式（3）知，毛管允許水頭偏差、灌水器間距、灌水器設(shè)計(jì)流量確定的條件下，毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度可近似地認(rèn)為與毛管管徑d1.729成正比，毛管管徑越大，鋪設(shè)長(zhǎng)度越長(zhǎng)。

滴頭間距0.3m、工作壓力6m、流態(tài)指數(shù)0.6時(shí)，按照毛管上允許流量偏差10%，平坡條件下毛管不同滴頭流量和管徑時(shí)，鋪設(shè)長(zhǎng)度見(jiàn)表1。

表1 毛管不同管徑和滴頭流量條件下鋪設(shè)長(zhǎng)度（m）

3.2 毛管管徑與滴灌系統(tǒng)造價(jià)關(guān)系分析

對(duì)毛管管徑（4mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm）、滴頭間距(0.2m、0.3m、0.4m、0.5m)、流量(0.5L/h、1.0L/h、1.5L/h、2.0L/h、2.5L/h)進(jìn) 行組合優(yōu)化，分析相應(yīng)滴灌系統(tǒng)的投資，得到不同滴灌帶管徑、滴頭流量和滴頭間距時(shí)，滴灌系統(tǒng)管材畝造價(jià)的關(guān)系，見(jiàn)圖1。

由以上分析可知，毛管管徑不同，鋪設(shè)長(zhǎng)度不同，系統(tǒng)造價(jià)不同。由圖1知，滴灌帶管徑應(yīng)控制在6mm～25mm之間，管徑太大或太小，滴灌系統(tǒng)造價(jià)都會(huì)偏高。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，應(yīng)根據(jù)區(qū)域地塊大小與形狀，開(kāi)發(fā)不同管徑的滴灌帶。比如針對(duì)溫室大棚，可開(kāi)發(fā)管徑為8mm的滴灌帶；小地塊長(zhǎng)度短，可開(kāi)發(fā)管徑為12mm的滴灌帶；對(duì)于條田面積較大、長(zhǎng)度較長(zhǎng)的地塊，可開(kāi)發(fā)管徑為16mm～22mm的滴灌帶，以便降低滴灌系統(tǒng)投資，避免浪費(fèi)。

如某60m×8m的溫室大棚，采用管徑為8mm和16mm滴灌帶時(shí)，滴灌系統(tǒng)投資對(duì)比見(jiàn)表2。

圖1 不同管徑、滴頭流量的滴灌帶與滴灌系統(tǒng)管材畝造價(jià)關(guān)系

由表2知，采用8mm滴灌帶比采用16mm滴灌帶，可降低滴灌系統(tǒng)投資約17%，節(jié)約成本明顯。

表2 采用不同管徑滴灌帶溫室大棚滴灌系統(tǒng)投資對(duì)比

4 結(jié)論

本論文對(duì)毛管管徑與毛管成本、鋪設(shè)長(zhǎng)度、滴灌系統(tǒng)造價(jià)的關(guān)系進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：

（1）在壓力和抗拉強(qiáng)度相同的條件下，可近似地認(rèn)為毛管成本與管徑平方成正比。

（2）毛管允許水頭偏差、灌水器間距、灌水器設(shè)計(jì)流量確定的條件下，毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度可近似地認(rèn)為與毛管管徑d1.729成正比，毛管管徑越大，鋪設(shè)長(zhǎng)度越長(zhǎng)。

（3）滴灌帶管徑應(yīng)控制在6mm～25mm之間，管徑太大或太小，滴灌系統(tǒng)造價(jià)都會(huì)偏高。因此，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，應(yīng)根據(jù)區(qū)域地塊大小與形狀，開(kāi)發(fā)不同管徑的滴灌帶，以降低滴灌系統(tǒng)造價(jià)。

[1]李寶珠.增設(shè)輔助支管的滴灌系統(tǒng)管網(wǎng)模式探討[J].新疆農(nóng)機(jī)化.2006.4：34-35.

[2]張國(guó)祥.微灌技術(shù)探索與創(chuàng)新（文選）[M].鄭州：黃河水利出版社，2012.9:124.

[3]GB/T50485--2009,微灌工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[4]顧烈烽主編.滴灌工程設(shè)計(jì)圖集[M].中國(guó)水利水電出版社，2005.6.