毛管規(guī)格型號(hào)及布置方式對(duì)灌水小區(qū)支管敷設(shè)長度的影響研究

郭 龍，張瑞山

(大禹設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730000)

滴灌系統(tǒng)的成功與否是以設(shè)計(jì)方案必須合理為前提的，灌水小區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)布置形式是微灌毛管水力設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)[1]，直接決定著滴灌系統(tǒng)灌溉質(zhì)量的優(yōu)劣，設(shè)計(jì)方案中毛管布置形式有2種：毛管雙向布置和毛管單向布置[2]，毛管雙向布置較單向布置可提高灌溉質(zhì)量，也能降低灌水小區(qū)支管長度及出水口數(shù)量，一定程度上降低項(xiàng)目建設(shè)初期投資[3]。對(duì)于灌水小區(qū)管網(wǎng)布置形式的影響研究，對(duì)于地形平坦的項(xiàng)目區(qū)較為容易，而對(duì)于田面平整度較差，地形坡降不均勻的項(xiàng)目區(qū)相對(duì)困難，都需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定灌水小區(qū)管網(wǎng)鋪設(shè)的布置方案[4]。在設(shè)計(jì)灌水小區(qū)管網(wǎng)布置方案時(shí)，地形坡降、支管管徑以及毛管鋪設(shè)長度與間距等基本參數(shù)對(duì)其均有很大的影響[5]。因此在滴灌工程設(shè)計(jì)階段[6]，如何快速確定最優(yōu)的灌水小區(qū)設(shè)計(jì)方案，這顯得尤為關(guān)鍵。

1 研究內(nèi)容

本文以地形較為平坦(均勻坡度)的灌水小區(qū)[7]為研究對(duì)象，自主編制了滴灌灌水小區(qū)水力參數(shù)EXCEL計(jì)算表格，針對(duì)不同種植作物模式(株、行距)(注：文中相關(guān)參數(shù)參照大田玉米種植模式取值)，選用不同的毛管的規(guī)格型號(hào)(灌水器間距、流量)，再結(jié)合項(xiàng)目區(qū)具體田塊的形狀(毛管鋪設(shè)長度、間距)等影響因素[8]，分析計(jì)算了各種因素不同組合的情況下對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度。文中計(jì)算選用的材料均參照大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的農(nóng)用輸水0.25MPaPE軟管系列產(chǎn)品，毛管選用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶[9](Φ16×0.2×300-2.0L，0.25MPa)，根據(jù)GB/T 50485—2020《微灌工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求及相關(guān)計(jì)算公式(限于篇幅，不在列出)，在同一經(jīng)濟(jì)流速取值時(shí)，不同型號(hào)的支管對(duì)應(yīng)的過水流量的計(jì)算成果見表1。

表1 不同規(guī)格支管對(duì)應(yīng)的過水流量計(jì)算成果表

上述計(jì)算結(jié)果只計(jì)算了經(jīng)濟(jì)流速v=1.5m/s時(shí)的不同管徑的支管的過水流量。

依據(jù)GB/T 50485—2020相關(guān)計(jì)算公式，結(jié)合各影響因素取值為L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h的組合條件下(不同規(guī)格支管對(duì)應(yīng)各影響因素取值的其他組合情況不再計(jì)列)，在同一經(jīng)濟(jì)流速取值時(shí)，結(jié)合表1計(jì)算成果，不同規(guī)格支管對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度及其控制灌溉面積計(jì)算成果見表2。

表2 不同規(guī)格支管對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度及其控制灌溉面積計(jì)算成果表

通過上表的計(jì)算結(jié)果可以看出，灌水小區(qū)內(nèi)不同規(guī)格的支管鋪設(shè)長度隨管徑增大而變大，對(duì)應(yīng)的支管控制的灌溉面積也隨之增大，但是，可以發(fā)現(xiàn)灌水小區(qū)支管的過水流量Q支與支管鋪設(shè)長度LN在數(shù)值上近似相等，即Q支≈LN。

特別的，結(jié)合各影響因素取值為L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h的組合條件下(不同規(guī)格支管對(duì)應(yīng)各影響因素取值的其他組合情況不再計(jì)列)，在不同經(jīng)濟(jì)流速取值時(shí)，同一規(guī)格支管對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度及其控制灌溉面積計(jì)算成果見表3。

表3 不同經(jīng)濟(jì)流速對(duì)應(yīng)PE軟帶Φ75鋪設(shè)長度及其控制灌水小區(qū)面積

上表計(jì)算結(jié)果顯示，流速取值越大，同等灌溉系統(tǒng)(系統(tǒng)流量相同、管徑相同)條件下，不同灌水小區(qū)控制灌溉面積隨經(jīng)濟(jì)流速的增大而變大，支管的鋪設(shè)長度也隨經(jīng)濟(jì)流速的增大而變長，但是，可以看出灌水小區(qū)支管的過水流量Q支與支管鋪設(shè)長度L支在數(shù)值上近似相等，即Q支≈LN。并且發(fā)現(xiàn)在表中參數(shù)組合條件下，Q支與L支在數(shù)值上近似相等的關(guān)系并沒有受到經(jīng)濟(jì)流速取值的影響。

在各影響因素取值為L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h的組合基礎(chǔ)上，再以各因素取值為中間值(常用)的兩側(cè)分別取兩組參數(shù)(設(shè)計(jì)方案中較為常用的)，在同一經(jīng)濟(jì)流速取值時(shí)，同一規(guī)格支管(不同規(guī)格不再列出)對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度及其控制灌溉面積計(jì)算成果見表4。

表4 滴管帶規(guī)格型號(hào)及布置方式對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度計(jì)算成果表

通過上表計(jì)算結(jié)果可得以下4個(gè)方面的結(jié)論：

(1)毛管長度對(duì)灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度的影響

影響因素L毛：由表4中灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度與毛管鋪設(shè)長度之間的計(jì)算結(jié)果可知，在支管進(jìn)口壓力相同時(shí)，灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度隨毛管鋪設(shè)長度的增大而顯著減小，但灌水小區(qū)控制灌溉面積大小近似相等。

(2)滴頭間距對(duì)灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度的影響

影響因素Sd：由表4中灌水小區(qū)毛管長度與滴頭間距之間的計(jì)算結(jié)果可知，灌水小區(qū)毛管鋪設(shè)長度隨滴頭間距的增大呈遞增趨勢(shì)，從影響程度上來看，影響因素Sd對(duì)灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度的影響最為顯著。

(3)滴頭流量對(duì)灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度的影響

影響因素qd：由表4中灌水小區(qū)毛管長度與滴頭流量之間的計(jì)算結(jié)果可知，灌水小區(qū)毛管鋪設(shè)長度隨滴頭流量的增大呈遞減趨勢(shì)，從影響程度上來看，影響因素qd對(duì)灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度的影響也較為顯著。

(4)毛管間距對(duì)灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度的影響

影響因素Se：由表4中灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度與毛管間距之間的計(jì)算結(jié)果可知，毛管鋪設(shè)間距越大，灌水小區(qū)支管鋪設(shè)長度越長，這與滴頭間距對(duì)灌水小區(qū)的支管鋪設(shè)長度的影響一致，當(dāng)毛管鋪設(shè)間距小于設(shè)計(jì)值時(shí)，灌水小區(qū)的支管鋪設(shè)長隨毛管間距的減小而急劇減小，反之，當(dāng)毛管間距大于設(shè)計(jì)值時(shí)，灌水小區(qū)毛管鋪設(shè)長隨毛管間距的增大而增加。

至此，在L毛、Se、Sd、qd組合取值確定的情況下，可以確定推薦方案的灌水小區(qū)支管的鋪設(shè)長度及其控制灌溉面積的大小。從表4的計(jì)算結(jié)果中也可以發(fā)現(xiàn)，上述四個(gè)因素任意取值時(shí)，對(duì)應(yīng)的Q支與L支在數(shù)值上近似相等的關(guān)系將不再成立，且隨各影響因素取值的不同差別較大。

2 結(jié)語

(1)本文綜合考慮分析了灌水小區(qū)內(nèi)支管、毛管的規(guī)格型號(hào)及布置方式對(duì)灌水小區(qū)控制面積大小的不同影響，故在灌水小區(qū)管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在保證灌溉水量和灌水均勻度的前提下，要科學(xué)合理的選取影響灌水小區(qū)控制面積大小的因素的取值，以保證設(shè)計(jì)方案最優(yōu)。

(2)本文通過計(jì)算得出的影響因素組合特例：即在L毛=60m，Se=0.8m，Sd=0.3m，qd=2L/h時(shí)，Q支≈LN，該結(jié)論能較簡便的完成同類種植模式對(duì)應(yīng)的灌水小區(qū)管網(wǎng)布置形式設(shè)計(jì)工作前期方案的比選工作(畝均投資的高低直接決定設(shè)計(jì)方案)，計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確，可以提高項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期的工作效率，可供設(shè)計(jì)工作者和建設(shè)單位相關(guān)人員在實(shí)踐中參考。