滴灌系統(tǒng)皿字形管網(wǎng)布置模式探討

摘 要：本文提出一種滴灌系統(tǒng)采用“皿”字形管網(wǎng)布置方法，更好地適應(yīng)區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉，為高效節(jié)水灌溉提供新模式和新思路，“皿”字形管網(wǎng)最大特點(diǎn)是是將毛管與支管或輔管連接組成多個(gè)閉合環(huán)路，管網(wǎng)中無死端，該模式在條田長度一定范圍內(nèi)較實(shí)用。

關(guān)鍵詞：“皿”字形管網(wǎng)；滴灌

中圖分類號(hào)：S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160312001

在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉中，滴灌工程管網(wǎng)布置模式主要指地下管網(wǎng)，按管網(wǎng)結(jié)構(gòu)布置形式可分為環(huán)狀管網(wǎng)、樹狀管網(wǎng)和混合管網(wǎng)3大類，地下管網(wǎng)存在管道的開挖工程，因此，滴灌工程地下管網(wǎng)經(jīng)過投資建設(shè)優(yōu)化，以最少投資為建設(shè)目標(biāo)，為了更好地提高水資源利用率和灌溉均勻度，節(jié)水灌溉田間灌溉管網(wǎng)模式也在不斷地創(chuàng)新與探索，以更好的適應(yīng)區(qū)域節(jié)水灌溉的發(fā)展?！懊蟆弊中喂芫W(wǎng)布置是區(qū)域農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉的一種新模式，將田間管網(wǎng)利用最大化，其管網(wǎng)特點(diǎn)是將田間毛管與支管或毛管與輔管連接成“皿”字形，形成一級(jí)或兩級(jí)閉合環(huán)路，這種管網(wǎng)供水可靠，可以將多個(gè)供水源通過管網(wǎng)連接，管網(wǎng)中無死端，該模式管網(wǎng)布置將更有利于農(nóng)業(yè)耕作與機(jī)械化，尤其是彌補(bǔ)了滴灌帶鋪設(shè)極限長度的缺點(diǎn)。本文針對(duì)滴灌工程“皿”字形管網(wǎng)布置進(jìn)行了探討。

1 管網(wǎng)設(shè)計(jì)

1.1 滴灌毛管極限孔數(shù)的確定

根據(jù)上式不難看出，確定了管材材質(zhì)、管徑和水頭偏差，因滴灌工程毛管材質(zhì)比較單一，流量指數(shù)m和管徑指數(shù)b為已知，影響極限孔數(shù)的主要因素是毛管上分流孔間距S和毛管上單孔或灌水器的設(shè)計(jì)流量qd。

1.2 管網(wǎng)規(guī)劃布置

1.2.1 常規(guī)管網(wǎng)布置模式

依據(jù)水平毛管的極限孔數(shù)的計(jì)算公式，很容易計(jì)算出毛管的極限孔數(shù)，也就確定了毛管的最大鋪設(shè)長度，而生產(chǎn)上往往田塊長度L超過滴灌帶鋪設(shè)的極限長度，因此常規(guī)設(shè)計(jì)將在條田中間布設(shè)支管管網(wǎng)，毛管與支管或輔管垂直呈魚骨式布置，毛管單側(cè)長度控制在小于極限長度，這種模式目前推廣應(yīng)用較多，如圖1魚骨式布置示意圖。

1.2.2 “皿”字管網(wǎng)布置模式

在農(nóng)業(yè)種植過程中，一些特定區(qū)域種植作物要求必須要覆土起壟，比如馬鈴薯、樹莓等，起壟的高度根據(jù)作物生長要求而定，起壟后壟距之間會(huì)形成一條壟溝，在滴灌鋪設(shè)支管的過程中支管就會(huì)垂直懸空搭在壟上，這樣非常不利于機(jī)械行間作業(yè)，機(jī)械行走要襯墊管道保護(hù)防止損壞，襯墊不好機(jī)械在自重力下拉動(dòng)管（帶），嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致兩側(cè)按扣三通連接處脫落甚至損壞按扣三通，有些采取在壟上開槽將支管置于壟溝底部，這樣容易造成毛管打折而阻擋水流正常通過，在壟溝處有接頭也容易被碾壓，不利于田間機(jī)械作業(yè)和管理。“皿”字形管網(wǎng)布置將很好地解決這一問題，條田長度L遠(yuǎn)超過滴灌帶鋪設(shè)極限長度，在條田兩端分別鋪設(shè)一條支管，將毛管與支管用旁通連接，形成“皿”字形，這樣就形成了一個(gè)完整的閉合管網(wǎng)，形成一個(gè)灌水小區(qū)，如圖1所示。

灌水小區(qū)的大小根據(jù)水源供水量確定，水量不足時(shí)，在支管上連接輔管，將一對(duì)輔管作為一個(gè)“皿”字形輔管管網(wǎng)的灌水小區(qū)，再將多個(gè)“皿”字形輔管管網(wǎng)組成一個(gè)的“皿”字形支管管網(wǎng)系統(tǒng)，如圖3輔管“皿”字形布置示意圖。

1.2.3 “皿”字形管網(wǎng)水力計(jì)算

較多學(xué)者重點(diǎn)研究了環(huán)狀管路上支管壓力流量分布和毛管入口壓力流量分布，對(duì)毛管上沿程壓力流量分布研究較少。根據(jù)研究成果，水力解析模型代表性的方法是有限元法、列隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)算法和遺傳算法等，這類方法計(jì)算結(jié)果比較符合實(shí)際，但計(jì)算過程較為繁瑣，計(jì)算量大。而“皿”字形管網(wǎng)布置的最大特點(diǎn)是將較多的毛管組成了多個(gè)環(huán)路，而在毛管又有多個(gè)滴頭，滴頭沿程壓力和流量的變化，缺少研究，也是“皿”字形管網(wǎng)水力計(jì)算的難點(diǎn)。

2 “皿”字管網(wǎng)布置模式優(yōu)缺點(diǎn)與亟需解決的問題

2.1 優(yōu)點(diǎn)

“皿”字形管網(wǎng)很好的解決了一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上問題，有利于機(jī)械田間作業(yè)，閥門設(shè)置在地頭，管理者只需在田頭按照輪灌方案開啟相應(yīng)灌水小區(qū)閥門即可，田間減少了管件連接與閥門，在條田兩頭巡視管網(wǎng)連接部件，大大降低了田間跑冒滴漏現(xiàn)象，滴灌帶中間不打結(jié)，管網(wǎng)中無死端，降低了田間管理難度。

2.2 缺點(diǎn)

相比較常規(guī)管網(wǎng)布置而言，“皿”字形管網(wǎng)增加了地面管的數(shù)量，增大了畝投資，支管“皿”字形管網(wǎng)相對(duì)增加數(shù)量較大，而輔管“皿”字形管網(wǎng)相對(duì)較小。

2.3 亟需解決的問題

王賀賀等在環(huán)狀管網(wǎng)條件下滴灌帶鋪設(shè)在極限內(nèi)測(cè)定數(shù)據(jù)，得出結(jié)論是灌水均勻度要高于其他，但是沒有研究在環(huán)狀管網(wǎng)條件下，滴灌帶鋪設(shè)超過極限長度灌水器流量隨壓力的變化情況。

“皿”字形管網(wǎng)布置條件下滴灌帶鋪鋪設(shè)超過極限長度滴灌帶沿程壓力與流量的變化、滴灌帶鋪設(shè)長度的確定、管網(wǎng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)等問題還需要進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

“皿”字形管網(wǎng)在一些區(qū)域比較適合推廣應(yīng)用，對(duì)地形的適應(yīng)要求、流量偏差是否能滿足灌水均勻度。

進(jìn)一步研究開發(fā)適合“皿”字形管網(wǎng)布置模式的滴灌帶和灌水器。

3 小結(jié)

大力開展區(qū)域規(guī)?；咝Ч?jié)水灌溉，推廣先進(jìn)適用節(jié)水灌溉技術(shù)，是目前實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)重要舉措，而選擇合理的管網(wǎng)布置模式和灌水方式是區(qū)域節(jié)水灌溉推廣應(yīng)用的必要前提。滴灌工程以其節(jié)水、節(jié)肥、省工、保持土壤結(jié)構(gòu)通透氣、提高品質(zhì)、增產(chǎn)增效等特點(diǎn)加大了應(yīng)用和推廣，在不同區(qū)域不同種植作物上取得了很好的效果，作為目前較為普遍接受和認(rèn)可的一種灌溉方式。在推廣應(yīng)用的過程中，管網(wǎng)布置模式也存在不足，缺少靈活性，對(duì)區(qū)域的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化和田間管理帶來不便，為更好的滿足區(qū)域節(jié)水灌溉管網(wǎng)布置模式，進(jìn)一步研究與探索“皿”字形管網(wǎng)的灌溉模式。

參考文獻(xiàn)

[1] 王賀賀，張志華. 毛管不同布置方式下滴灌管網(wǎng)壓力流量分布特性研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程，2015，10（32）：185-186

[2] 馮文衛(wèi). 滴灌系統(tǒng)干管環(huán)狀管網(wǎng)研究[J]. 工程技術(shù)，2015，22（1）：73-74

[3] 伊學(xué)農(nóng)，任群，王國華，王雪峰編著.給水排水管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)優(yōu)化與運(yùn)行管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007（1）.

作者簡介：白安龍（1976-），男，工程師，從事節(jié)水灌溉工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)、研究與應(yīng)用推廣工作。