面向農戶分散經(jīng)營的規(guī)?；瘒娢⒐嗄Ｊ綉醚芯?/h1>
2022-04-25 03:40:18虞奎王霞談泓洋
安徽農學通報 2022年7期 關鍵詞：現(xiàn)代農業(yè)
虞奎 王霞 談泓洋
摘 要：發(fā)展噴微灌技術是引領傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)深刻變革的重要舉措，是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但噴微灌系統(tǒng)規(guī)?；c小農戶分散經(jīng)營存在矛盾，基于此，該研究提出了適應農戶分散經(jīng)營的規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水模式，通過對其應用效果的分析，為農戶分散經(jīng)營的規(guī)模化噴微灌模式應用提供參考。
關鍵詞：規(guī)?；瘒娢⒐?現(xiàn)代農業(yè);農戶分散經(jīng)營
中圖分類號 F323 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0127-04
1 引言
噴灌作為一種先進的現(xiàn)代高效節(jié)水灌溉技術，能夠較好地與機械化作業(yè)程度很高的現(xiàn)代農業(yè)相配合，便于實現(xiàn)水利機械化和自動化，代表了集約化現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展趨勢。噴微灌更適于規(guī)?；r業(yè)生產(chǎn)，因此噴微灌系統(tǒng)設計時往往考慮輪灌組的劃分，其設計思想和方法與規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)相適應。
噴微灌系統(tǒng)如何適應當前大量存在農戶分散經(jīng)營的農業(yè)生產(chǎn)模式，多年來一直困擾著種植戶和工程技術人員和管理人員。一些技術人員進行了部分嘗試，如“經(jīng)濟型噴微灌”輪灌單元小規(guī)模化的一些思想可應用于河網(wǎng)平原區(qū)，結合低壓管道輸水系統(tǒng)噴微灌的改造等。然而這些都是區(qū)域或者局部的經(jīng)驗，由于地形條件、自然狀況和農業(yè)種植情況復雜，如何根據(jù)各地具體情況，解決噴微灌系統(tǒng)適應農戶分散經(jīng)營的農業(yè)生產(chǎn)模式的問題，需要進行系統(tǒng)地、深入地研究分析。本研究主要采用規(guī)?；姽嘞到y(tǒng)模式，分析其適用性和應用效果等，以為農戶分散經(jīng)營的規(guī)模化噴微灌模式應用提供參考。
2 項目區(qū)概況及管網(wǎng)布置參數(shù)
某項目區(qū)所在地塊地勢平坦，地塊長約360m，寬約185m，面積約6.67hm2，項目區(qū)種植大棚蔬菜（毛豆、西蘭花、大白菜等）。該項目區(qū)由12戶農戶組成，每戶約0.55hm2，實際管理為農戶獨立經(jīng)營管理。土壤質地類型為壤土，系統(tǒng)水源為池塘水，水量充足，能滿足灌溉要求。
項目區(qū)種植大棚蔬菜，每個大棚東西長45m，南北寬8m，占地約360.18m2。分4排布置，每排36個，共144個大棚，每個大棚設2條微噴帶，蔬菜沿東西向種植。本次設計采用微噴灌方式，針對隨機用水的灌溉制度，為保證管網(wǎng)流量的穩(wěn)定性和供水的可靠性，采用環(huán)狀管網(wǎng)的布置方式。每個節(jié)點設置2個取水栓，雙向供水，共控制24個大棚，即每12個大棚設置1個取水栓，共設置6×2=12個取水栓。每戶12個大棚，每次可同時灌溉3個大棚。
根據(jù)作物間距，選擇國內某公司生產(chǎn)的Φ403～5孔增強型微噴水帶，流量40L/（h·m），額定工作壓力60kPa，噴灑寬度為4.0m，其工作參數(shù)見表1。
單個大棚尺寸為8m×45m，在每個大棚中布置2條噴水帶，則1個大棚的灌水流量為：q=45×2×40=3600L/h=3.6m3/h。管網(wǎng)參數(shù)見表2。
3 規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水模式
3.1 設計思想 隨著農業(yè)現(xiàn)代化的推進，規(guī)?；瘒娢⒐鄥^(qū)也逐漸發(fā)展起來。規(guī)?；瘒娢⒐嗍寝r業(yè)生產(chǎn)結合噴微灌系統(tǒng)的一種綜合灌水方式，具有水利用率高、灌水均勻性好等特點，便于實現(xiàn)規(guī)?；芾?，能夠統(tǒng)一整地，統(tǒng)一種地，統(tǒng)一收獲等。規(guī)?；阌诠芾?，經(jīng)濟效益好，也是傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)過渡的必然選擇。由于我國農村土地承包責任制和農業(yè)種植結構多樣化的特點，決定了我國農業(yè)灌溉的隨機性和分散性很大，而傳統(tǒng)的利用水泵加壓條件下的噴微灌技術應用中存在支管及輪灌組要嚴格按照水泵流量的要求進行劃分，不能適應農村土地承包責任制和農業(yè)種植結構多樣化條件下的農民灌溉用水的要求。同時，也很難滿足系統(tǒng)設計允許壓力變幅和灌水均勻度的要求。目前，隨著農村聯(lián)產(chǎn)承包責任制的進一步落實，灌溉用水的隨機取水性顯得更為突出。
水泵變頻調節(jié)適合經(jīng)濟條件好、規(guī)?；姆N植基地或者示范區(qū)，農戶多而分散經(jīng)營，系統(tǒng)采用環(huán)狀管網(wǎng)或者樹狀管網(wǎng)，每一農戶設置獨立給水栓，可滿足隨機用水需要。該模式具有較高的供水保障能力，系統(tǒng)便于實現(xiàn)自動化控制灌溉和精準化灌溉，但投資相對較高，可優(yōu)先在現(xiàn)代農業(yè)園區(qū)推行。管網(wǎng)的優(yōu)化設計需要根據(jù)地形條件、水源條件、灌溉面積等綜合考慮選定。平原河網(wǎng)區(qū)、盆地區(qū)和具備水源的緩坡地均可采用，平原河網(wǎng)區(qū)和盆地區(qū)，為增加管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性，推薦采用環(huán)狀管網(wǎng)，緩坡地推薦采用樹狀管網(wǎng)。
3.2 設計要點 對規(guī)?；膰娢⒐嘞到y(tǒng)，當系統(tǒng)按設計工況工作時，需要水泵以額定轉速運行來為灌水設施提供所需的壓力和流量。但由于作物種植情況不同，造成農戶灌水時間不統(tǒng)一，灌水時也只有部分灌水設施工作，此時雖然可以通過閥門控制來滿足灌水設施工作壓力的要求，但這種運行管理模式要以能量損失為代價，造成電能的浪費。采用電機變頻調節(jié)技術，可以通過調節(jié)噴頭所需的壓力與流量，滿足規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水的需求，同時還可以保證噴灌均勻度的要求，降低電機功耗，節(jié)約電能。
環(huán)狀管網(wǎng)的最大優(yōu)點是供水可靠，當某一支路發(fā)生故障或需檢修時，不影響整個管網(wǎng)的供水，或者受影響的范圍和程度縮小到最小。管網(wǎng)內壓力相對趨于均勻，環(huán)狀網(wǎng)使整個管網(wǎng)充滿壓力水，水量調度靈活，利于隨機用水，不論那個節(jié)點需水，各管道同時向該節(jié)點供水，每條管道均處于工作狀態(tài)，管道利用率高。而基于水泵變頻調節(jié)的環(huán)狀管網(wǎng)不僅能夠滿足規(guī)?；瘒娢⒐嘤盟畱綦S機用水需求，還便于實現(xiàn)自動化控制灌溉和精準化灌溉。
3.2.1 管網(wǎng)計算的2個基本原則 一是流入節(jié)點的流量應等于流出節(jié)點的流量。通常取流入節(jié)點的流量為正，流出節(jié)點的流量為負，則任意節(jié)點處流量代數(shù)和為零，即[Q=0];二是在任意環(huán)路中，由一節(jié)點沿2個方向到另一個節(jié)點的能量損失相等。同樣，如果取逆時針方向流動的損失為正，順時針方向流動的損失為負，則環(huán)路能量損失代數(shù)和為零，即[hf=0]。
3.2.2 管段、節(jié)點和基環(huán)數(shù)之間的關系 環(huán)狀管網(wǎng)的管段（P）、節(jié)點（J）和基環(huán)數(shù)（L）之間滿足關系：P=J+L-1。
3.2.3 管網(wǎng)流量計算 對于整個系統(tǒng)管網(wǎng)中的眾多取水口而言，管網(wǎng)中所有取水口存在同時開啟率的問題，取水口同時開啟的數(shù)目服從2項分布的隨機變量，累積概率為管網(wǎng)設計保證率，因此可通過概率論的基本原理，對各個取水口的開啟率進行分析計算，進而以此推求系統(tǒng)設計流量。任意一個取水口的用水概率可按下式計算：
式中：[p]為用水概率;[S]為取水口控制面積（hm2）;[q]為設計灌水率（m3/h·hm2）;[t]為24h;[d]為取水口的額定流量（m3/h）;[t′]為取水口1d的中供水時間（h）。
當系統(tǒng)中最多有m個取水口同時開啟時的概率為：
通過概率論的基本原理可以推出，系統(tǒng)內同時開啟的取水口的個數(shù)為：
式中：U為隨機變量，可查正態(tài)分布表。
此時，系統(tǒng)的設計流量為：
3.2.4 管網(wǎng)水頭損失 水頭損失是管網(wǎng)水力計算中的重要元素，對于管網(wǎng)的沿程水頭損失，可按下式計算：
式中：[hf]為沿程水頭損失（m）;[f]為管材摩阻系數(shù)，取0.948×105（管材為硬塑料管）;[Q]為管道設計流量（m3/h）;[L]為管長（m）;[D]為管內徑（mm）;[m]為流量指數(shù)，取1.77;[b]為管徑指數(shù)，取4.77。
管道的局部水頭損失可按沿程水頭損失的一定比例估算，支管宜為0.05～0.1，毛管宜為0.1～0.2。
3.3 設計實例
3.3.1 灌溉制度的擬定
（1）最大凈灌水定額用下式計算：
式中：[mmax]為最大凈灌水定額（mm）;[γ]為土壤容重（g/m3），取1.37g/cm3;[z]為土壤計劃濕潤土層深度（cm），取25cm;[p]為設計土壤濕潤比（%），取90%;[θ'max]為適宜土壤含水率上限（重量百分比）（%），取22.5%;[θ'min]為適宜土壤含水率下限（重量百分比）（%），取17.5%。
則最大凈灌水定額為：[mmax]=15.41mm。
（2）設計灌水周期由下式計算：
式中：T為設計灌水周期，d;Tmax為最大灌水周期，d。
取T=3d。
（3）設計毛灌水定額由下式計算：
式中：[md]為設計凈灌水定額，mm;[m']為設計毛灌水定額，mm。
則m′=3×5.0/0.95=15.79（mm），[md]=15（mm）。
（4）一次灌水延續(xù)時間：
式中：t為一次灌水延續(xù)時間，h;Sl為微噴水帶間距，m;qd為灌水器設計流量，L/h。
（5）任意一個取水口的用水概率為：
系統(tǒng)內同時開啟的取水口的個數(shù)為：
即取4，即取水栓同時開啟的個數(shù)為4個（式中累計概率P=0.95時，從正態(tài)分布表中查的U=1.645）。則此時系統(tǒng)的設計流量為：
3.3.2 管道設計及水力計算
（1）干管管徑的計算公式為：
式中：[Q]為管道設計流量，m3/s;V為管道流速，1.0～1.5m/s，取1.0m/s。
管道采用PE管，先用經(jīng)驗公式法初選管徑，待進行水力計算后調整管徑。各管段的經(jīng)濟管徑及實選管徑見表3。
（2）分干管（即環(huán)狀管網(wǎng)）的管徑根據(jù)節(jié)點方程和能量方程進行試算，取其最不利工況。計算結果見表4。由表4可知，干管實選DN125PE管，分干管實選DN110PE管，公稱壓力1.0MPa。若采用樹狀管網(wǎng)設計時，所選擇的干管和分干管管徑分別為125mm、110mm。
3.3.3 水泵及變頻設備的選型
（1）設計揚程和設計流量：
在微灌工作制度確定之后，水泵的設計流量Q=43.2m3/h。
水泵設計揚程為：
式中：[H]為微灌系統(tǒng)設計水頭，m;[Zp]為典型灌水小區(qū)管網(wǎng)進口的高程，m;[Zb]為水源的設計水位，m;[h0]為典型灌水小區(qū)進水口設計水頭，m;[hf]為系統(tǒng)進水口至典型灌水小區(qū)進口的管道沿程水頭損失（含首部樞紐沿程水頭損失），m;[hj]為系統(tǒng)進水口至典型灌水小區(qū)進口的管道局部水頭損失（含首部樞紐沿程水頭損失），m。
經(jīng)計算得：水泵的設計揚程為21.31m。
（2）水泵及動力機選配：根據(jù)水泵選型的原則及計算參數(shù)，為便于管理及運行，水泵類型選用變流恒壓泵。水泵及變頻設備的工作性能見表5。
3.3.4 投資估算 經(jīng)估算，項目總投資26.3萬元，每hm2投資39450元。相對于樹狀管網(wǎng)，基于水泵變頻調節(jié)的環(huán)狀管網(wǎng)投資有所增加，平均增加投資約11250元/hm2，增加的部分主要體現(xiàn)在管徑的增大和變頻恒壓設備的投資上。但對于經(jīng)濟條件好、農戶多而分散經(jīng)營的規(guī)模化種植基地或示范區(qū)，可以采用環(huán)狀管網(wǎng)，其可以實現(xiàn)噴微灌系統(tǒng)內農戶或各地塊隨機用水。
4 結論
通過采用面向農戶分散經(jīng)營的微噴灌模式為規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)，對平地單環(huán)的環(huán)狀管網(wǎng)進行了研究，結果表明，規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水模式以環(huán)狀管網(wǎng)和用水戶隨機用水為核心，適于成規(guī)模但農戶分散獨立管理的農業(yè)生產(chǎn)基地，但投資較高。
參考文獻
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（責編：張宏民）
作者簡介：虞奎（1988—）男，江蘇無錫人，本科，工程師，研究方向：水利工程設計、水運工程設計。? 收稿日期：2021-11-25
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噴微灌系統(tǒng)如何適應當前大量存在農戶分散經(jīng)營的農業(yè)生產(chǎn)模式，多年來一直困擾著種植戶和工程技術人員和管理人員。一些技術人員進行了部分嘗試，如“經(jīng)濟型噴微灌”輪灌單元小規(guī)模化的一些思想可應用于河網(wǎng)平原區(qū)，結合低壓管道輸水系統(tǒng)噴微灌的改造等。然而這些都是區(qū)域或者局部的經(jīng)驗，由于地形條件、自然狀況和農業(yè)種植情況復雜，如何根據(jù)各地具體情況，解決噴微灌系統(tǒng)適應農戶分散經(jīng)營的農業(yè)生產(chǎn)模式的問題，需要進行系統(tǒng)地、深入地研究分析。本研究主要采用規(guī)?；姽嘞到y(tǒng)模式，分析其適用性和應用效果等，以為農戶分散經(jīng)營的規(guī)模化噴微灌模式應用提供參考。
2 項目區(qū)概況及管網(wǎng)布置參數(shù)
某項目區(qū)所在地塊地勢平坦，地塊長約360m，寬約185m，面積約6.67hm2，項目區(qū)種植大棚蔬菜（毛豆、西蘭花、大白菜等）。該項目區(qū)由12戶農戶組成，每戶約0.55hm2，實際管理為農戶獨立經(jīng)營管理。土壤質地類型為壤土，系統(tǒng)水源為池塘水，水量充足，能滿足灌溉要求。
項目區(qū)種植大棚蔬菜，每個大棚東西長45m，南北寬8m，占地約360.18m2。分4排布置，每排36個，共144個大棚，每個大棚設2條微噴帶，蔬菜沿東西向種植。本次設計采用微噴灌方式，針對隨機用水的灌溉制度，為保證管網(wǎng)流量的穩(wěn)定性和供水的可靠性，采用環(huán)狀管網(wǎng)的布置方式。每個節(jié)點設置2個取水栓，雙向供水，共控制24個大棚，即每12個大棚設置1個取水栓，共設置6×2=12個取水栓。每戶12個大棚，每次可同時灌溉3個大棚。
根據(jù)作物間距，選擇國內某公司生產(chǎn)的Φ403～5孔增強型微噴水帶，流量40L/（h·m），額定工作壓力60kPa，噴灑寬度為4.0m，其工作參數(shù)見表1。
單個大棚尺寸為8m×45m，在每個大棚中布置2條噴水帶，則1個大棚的灌水流量為：q=45×2×40=3600L/h=3.6m3/h。管網(wǎng)參數(shù)見表2。
3 規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水模式
3.1 設計思想 隨著農業(yè)現(xiàn)代化的推進，規(guī)?；瘒娢⒐鄥^(qū)也逐漸發(fā)展起來。規(guī)?；瘒娢⒐嗍寝r業(yè)生產(chǎn)結合噴微灌系統(tǒng)的一種綜合灌水方式，具有水利用率高、灌水均勻性好等特點，便于實現(xiàn)規(guī)?；芾?，能夠統(tǒng)一整地，統(tǒng)一種地，統(tǒng)一收獲等。規(guī)?；阌诠芾?，經(jīng)濟效益好，也是傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)過渡的必然選擇。由于我國農村土地承包責任制和農業(yè)種植結構多樣化的特點，決定了我國農業(yè)灌溉的隨機性和分散性很大，而傳統(tǒng)的利用水泵加壓條件下的噴微灌技術應用中存在支管及輪灌組要嚴格按照水泵流量的要求進行劃分，不能適應農村土地承包責任制和農業(yè)種植結構多樣化條件下的農民灌溉用水的要求。同時，也很難滿足系統(tǒng)設計允許壓力變幅和灌水均勻度的要求。目前，隨著農村聯(lián)產(chǎn)承包責任制的進一步落實，灌溉用水的隨機取水性顯得更為突出。
水泵變頻調節(jié)適合經(jīng)濟條件好、規(guī)?；姆N植基地或者示范區(qū)，農戶多而分散經(jīng)營，系統(tǒng)采用環(huán)狀管網(wǎng)或者樹狀管網(wǎng)，每一農戶設置獨立給水栓，可滿足隨機用水需要。該模式具有較高的供水保障能力，系統(tǒng)便于實現(xiàn)自動化控制灌溉和精準化灌溉，但投資相對較高，可優(yōu)先在現(xiàn)代農業(yè)園區(qū)推行。管網(wǎng)的優(yōu)化設計需要根據(jù)地形條件、水源條件、灌溉面積等綜合考慮選定。平原河網(wǎng)區(qū)、盆地區(qū)和具備水源的緩坡地均可采用，平原河網(wǎng)區(qū)和盆地區(qū)，為增加管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定性，推薦采用環(huán)狀管網(wǎng)，緩坡地推薦采用樹狀管網(wǎng)。
3.2 設計要點 對規(guī)?；膰娢⒐嘞到y(tǒng)，當系統(tǒng)按設計工況工作時，需要水泵以額定轉速運行來為灌水設施提供所需的壓力和流量。但由于作物種植情況不同，造成農戶灌水時間不統(tǒng)一，灌水時也只有部分灌水設施工作，此時雖然可以通過閥門控制來滿足灌水設施工作壓力的要求，但這種運行管理模式要以能量損失為代價，造成電能的浪費。采用電機變頻調節(jié)技術，可以通過調節(jié)噴頭所需的壓力與流量，滿足規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水的需求，同時還可以保證噴灌均勻度的要求，降低電機功耗，節(jié)約電能。
環(huán)狀管網(wǎng)的最大優(yōu)點是供水可靠，當某一支路發(fā)生故障或需檢修時，不影響整個管網(wǎng)的供水，或者受影響的范圍和程度縮小到最小。管網(wǎng)內壓力相對趨于均勻，環(huán)狀網(wǎng)使整個管網(wǎng)充滿壓力水，水量調度靈活，利于隨機用水，不論那個節(jié)點需水，各管道同時向該節(jié)點供水，每條管道均處于工作狀態(tài)，管道利用率高。而基于水泵變頻調節(jié)的環(huán)狀管網(wǎng)不僅能夠滿足規(guī)?；瘒娢⒐嘤盟畱綦S機用水需求，還便于實現(xiàn)自動化控制灌溉和精準化灌溉。
3.2.1 管網(wǎng)計算的2個基本原則 一是流入節(jié)點的流量應等于流出節(jié)點的流量。通常取流入節(jié)點的流量為正，流出節(jié)點的流量為負，則任意節(jié)點處流量代數(shù)和為零，即[Q=0];二是在任意環(huán)路中，由一節(jié)點沿2個方向到另一個節(jié)點的能量損失相等。同樣，如果取逆時針方向流動的損失為正，順時針方向流動的損失為負，則環(huán)路能量損失代數(shù)和為零，即[hf=0]。
3.2.2 管段、節(jié)點和基環(huán)數(shù)之間的關系 環(huán)狀管網(wǎng)的管段（P）、節(jié)點（J）和基環(huán)數(shù)（L）之間滿足關系：P=J+L-1。
3.2.3 管網(wǎng)流量計算 對于整個系統(tǒng)管網(wǎng)中的眾多取水口而言，管網(wǎng)中所有取水口存在同時開啟率的問題，取水口同時開啟的數(shù)目服從2項分布的隨機變量，累積概率為管網(wǎng)設計保證率，因此可通過概率論的基本原理，對各個取水口的開啟率進行分析計算，進而以此推求系統(tǒng)設計流量。任意一個取水口的用水概率可按下式計算：
式中：[p]為用水概率;[S]為取水口控制面積（hm2）;[q]為設計灌水率（m3/h·hm2）;[t]為24h;[d]為取水口的額定流量（m3/h）;[t′]為取水口1d的中供水時間（h）。
當系統(tǒng)中最多有m個取水口同時開啟時的概率為：
通過概率論的基本原理可以推出，系統(tǒng)內同時開啟的取水口的個數(shù)為：
式中：U為隨機變量，可查正態(tài)分布表。
此時，系統(tǒng)的設計流量為：
3.2.4 管網(wǎng)水頭損失 水頭損失是管網(wǎng)水力計算中的重要元素，對于管網(wǎng)的沿程水頭損失，可按下式計算：
式中：[hf]為沿程水頭損失（m）;[f]為管材摩阻系數(shù)，取0.948×105（管材為硬塑料管）;[Q]為管道設計流量（m3/h）;[L]為管長（m）;[D]為管內徑（mm）;[m]為流量指數(shù)，取1.77;[b]為管徑指數(shù)，取4.77。
管道的局部水頭損失可按沿程水頭損失的一定比例估算，支管宜為0.05～0.1，毛管宜為0.1～0.2。
3.3 設計實例
3.3.1 灌溉制度的擬定
（1）最大凈灌水定額用下式計算：
式中：[mmax]為最大凈灌水定額（mm）;[γ]為土壤容重（g/m3），取1.37g/cm3;[z]為土壤計劃濕潤土層深度（cm），取25cm;[p]為設計土壤濕潤比（%），取90%;[θ'max]為適宜土壤含水率上限（重量百分比）（%），取22.5%;[θ'min]為適宜土壤含水率下限（重量百分比）（%），取17.5%。
則最大凈灌水定額為：[mmax]=15.41mm。
（2）設計灌水周期由下式計算：
式中：T為設計灌水周期，d;Tmax為最大灌水周期，d。
取T=3d。
（3）設計毛灌水定額由下式計算：
式中：[md]為設計凈灌水定額，mm;[m']為設計毛灌水定額，mm。
則m′=3×5.0/0.95=15.79（mm），[md]=15（mm）。
（4）一次灌水延續(xù)時間：
式中：t為一次灌水延續(xù)時間，h;Sl為微噴水帶間距，m;qd為灌水器設計流量，L/h。
（5）任意一個取水口的用水概率為：
系統(tǒng)內同時開啟的取水口的個數(shù)為：
即取4，即取水栓同時開啟的個數(shù)為4個（式中累計概率P=0.95時，從正態(tài)分布表中查的U=1.645）。則此時系統(tǒng)的設計流量為：
3.3.2 管道設計及水力計算
（1）干管管徑的計算公式為：
式中：[Q]為管道設計流量，m3/s;V為管道流速，1.0～1.5m/s，取1.0m/s。
管道采用PE管，先用經(jīng)驗公式法初選管徑，待進行水力計算后調整管徑。各管段的經(jīng)濟管徑及實選管徑見表3。
（2）分干管（即環(huán)狀管網(wǎng)）的管徑根據(jù)節(jié)點方程和能量方程進行試算，取其最不利工況。計算結果見表4。由表4可知，干管實選DN125PE管，分干管實選DN110PE管，公稱壓力1.0MPa。若采用樹狀管網(wǎng)設計時，所選擇的干管和分干管管徑分別為125mm、110mm。
3.3.3 水泵及變頻設備的選型
（1）設計揚程和設計流量：
在微灌工作制度確定之后，水泵的設計流量Q=43.2m3/h。
水泵設計揚程為：
式中：[H]為微灌系統(tǒng)設計水頭，m;[Zp]為典型灌水小區(qū)管網(wǎng)進口的高程，m;[Zb]為水源的設計水位，m;[h0]為典型灌水小區(qū)進水口設計水頭，m;[hf]為系統(tǒng)進水口至典型灌水小區(qū)進口的管道沿程水頭損失（含首部樞紐沿程水頭損失），m;[hj]為系統(tǒng)進水口至典型灌水小區(qū)進口的管道局部水頭損失（含首部樞紐沿程水頭損失），m。
經(jīng)計算得：水泵的設計揚程為21.31m。
（2）水泵及動力機選配：根據(jù)水泵選型的原則及計算參數(shù)，為便于管理及運行，水泵類型選用變流恒壓泵。水泵及變頻設備的工作性能見表5。
3.3.4 投資估算 經(jīng)估算，項目總投資26.3萬元，每hm2投資39450元。相對于樹狀管網(wǎng)，基于水泵變頻調節(jié)的環(huán)狀管網(wǎng)投資有所增加，平均增加投資約11250元/hm2，增加的部分主要體現(xiàn)在管徑的增大和變頻恒壓設備的投資上。但對于經(jīng)濟條件好、農戶多而分散經(jīng)營的規(guī)模化種植基地或示范區(qū)，可以采用環(huán)狀管網(wǎng)，其可以實現(xiàn)噴微灌系統(tǒng)內農戶或各地塊隨機用水。
4 結論
通過采用面向農戶分散經(jīng)營的微噴灌模式為規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)，對平地單環(huán)的環(huán)狀管網(wǎng)進行了研究，結果表明，規(guī)?；瘒娢⒐嘞到y(tǒng)用水戶隨機用水模式以環(huán)狀管網(wǎng)和用水戶隨機用水為核心，適于成規(guī)模但農戶分散獨立管理的農業(yè)生產(chǎn)基地，但投資較高。
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（責編：張宏民）
作者簡介：虞奎（1988—）男，江蘇無錫人，本科，工程師，研究方向：水利工程設計、水運工程設計。? 收稿日期：2021-11-25
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