关于滴灌工程设计中支管管径设计方法的思考

关于滴灌工程设计中支管管径设计方法的思考摘要水资源危机不仅成为全球经济持续发展的中心问题之一，而且也已经成为全球政治的中心议题之一。新疆是一个水资源相对贫乏、时空分布不均的内陆干旱与半干旱地区，社会经济发展具有“绿洲经济、灌溉农业”的特征。因此，发展高效节水设施成为促进新疆人水和谐和可持续发展的重要举措。关键词滴灌设计支管管径管径选择管径设计设计方法水资源危机不仅成为全球经济持续发展的中心问题之一，而且也已经成为全球政治的中心议题之一。新疆是一个水资源相对贫乏、时空分布不均的内陆干旱与半干旱地区，社会经济发展具有“绿洲经济，灌溉农业”的特征。因此，发展高效节水设施成为促进新疆人水和谐与可持续发展的重要举措。一、问题的提出水资源的紧缺是制约新疆国民经济和社会发展的主要因素。2009年，新疆掀起了以滴灌为主的农业高效节水建设的高潮。地方年度新增田间高效节水建设面积创历史最高水平，达380万亩，较上年增长90%，发展速度居全国第一。到2009年底，农业高效节水灌溉面积达1000多万亩，为新疆农业抗旱保丰收、农牧民增收、水资源高效利用做出了突出贡献。滴灌设计是建设滴灌工程的关键，它指导着如何建好滴灌工程，关系滴灌工程节水增产效益的发挥。目前，在新疆很多地方，无论在地方系统和兵团系统，在建设滴灌工程中（滴灌设计）中，在支管管径选择、压力均衡验算等方面，采用了不同的设计计算方法。二、支管管径选择及其计算方法支管管径按允许压力偏差选择。支管连接毛管，为多孔管。为了保证滴头滴水的均匀度，根据《微灌工程规范》，灌水器允许流量偏差率不应大于20%。灌水器工作水头偏差率与流量偏差率之间的关系可用下式表示：式中：Hv一设计灌水器工作水头偏差率，%；qw设计灌水器流量偏差率，20%；x-灌水器流态指数，紊流x=0.5。代入上式：Hv=0.412灌水器工作压力为lOm，则允许压力偏差=4.12m，为支管、毛管允许压力差之和。为了充分利用允许压力差，取得合理管径，本设计的允许压力差按管网布置，毛管的实际损失分配，除去毛管总损失之外，即为支管允许压力差。式中：d-管道内径，mm；f-系数为0.37；Q-流量，m3/h；L-管长，m；Hv_一分配的压力偏差率。支管用允许压力差选择管径。三、支管管径选择的分析评价根据《微灌工程技术规范》(GB/T50485-2009)3.0.9节，灌水器设计允许流量偏差率应不小于20%的规定及3.0.10节灌水器工作水头偏差率与流量偏差率之间的计算公式，支管和毛管的允许压力差不应大于4.12m(流态指数取值为0.5)，该指标为支管管径选择的控制性指标。在很多教材和资料中，都提出了支管和毛管压力差分配的最优计算公式和方法，由这些计算方法可以计算出毛管和支管压力差分配的比例数，通常都是毛管分配的比例较大，支管分配的比例较小，在一个轮灌区内，毛管长度较大，按这种比例布置管网，支管的数量较小，工程投资造价相对较小，这是该种方法表现出来的优点。但是，这种方法存在的问题是与轮灌工作制度与地块形状和大小相脱离。在地块和轮灌工作制度确定的情况下，毛管的长度是一定的，不可能随意选取，因而，毛管所分配的允许的压力差大于实际毛管总水头损失，而由于支管分配的允许水头损失较小，造成支管管径大，导致工程造价高，其结果是与最佳分配方案的初衷相违背。笔者主张，以4.12m作为小区支管和毛管设计的控制性指标，在地块和轮灌工作制度确定的情况下，布置毛管和支管，按照轮灌小区的布置计算毛管的总水头损失，在4.12m中除去毛管的总水头损失，为选择支管管径的允许压力差。这种方法的优点是，与地块形状大小和轮灌工作制度相协调，在满足轮灌小区流量均匀度的条件下，取得支管管径最小，造价最低的结果。因此说，没有统一的、不变的支管和毛管允许压力差最优分配比例，而有具体的支管和毛管允许压力差最优分配比例。四、支管管径算例设计参数：采用种植模式为地膜棉。地膜棉膜距为1.7m，棉株为宽窄行。地膜棉为滴灌，每临近两株为行，行距为0.25m，每两行间为宽行，行距为0.55m，膜间距为0.65m，窄行放设毛管，每膜设2行毛管，毛管间距为0.80m。见下图。该支管所需内径为40.87mm，根据厂家提供支管管径规格，支管管径选择PE(b63mm。五、结束语1．支管在滴灌系统的作用。支管是滴灌系统灌水小区的主要构成部分，控制灌水；按顺序对田块进行滴灌。2．支管设计的任务。一是根据小区灌水器流量偏差率不大于20%的规范规定及压力偏差率与流量差的关系式推导出的支管、毛管共同水头损失不大于4.12m的指标是小区设计灌水均匀度要求和充分灌溉理念要求的控制性指标；二是采用允许压力差选择支管管径的方法，能满足支管、毛管共同损失不大于4.12m的控制性指标要求。