滴灌系统皿字形管网布置模式探讨

摘 要：本文提出一种滴灌系统采用“皿”字形管网布置方法，更好地适应区域农业灌溉，为高效节水灌溉提供新模式和新思路，“皿”字形管网最大特点是是将毛管与支管或辅管连接组成多个闭合环路，管网中无死端，该模式在条田长度一定范围内较实用。

关键词：“皿”字形管网；滴灌

中图分类号：S275.6 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160312001

在农业节水灌溉中，滴灌工程管网布置模式主要指地下管网，按管网结构布置形式可分为环状管网、树状管网和混合管网3大类，地下管网存在管道的开挖工程，因此，滴灌工程地下管网经过投资建设优化，以最少投资为建设目标，为了更好地提高水资源利用率和灌溉均匀度，节水灌溉田间灌溉管网模式也在不断地创新与探索，以更好的适应区域节水灌溉的发展。“皿”字形管网布置是区域农业高效节水灌溉的一种新模式，将田间管网利用最大化，其管网特点是将田间毛管与支管或毛管与辅管连接成“皿”字形，形成一级或两级闭合环路，这种管网供水可靠，可以将多个供水源通过管网连接，管网中无死端，该模式管网布置将更有利于农业耕作与机械化，尤其是弥补了滴灌带铺设极限长度的缺点。本文针对滴灌工程“皿”字形管网布置进行了探讨。

1 管网设计

1.1 滴灌毛管极限孔数的确定

根据上式不難看出，确定了管材材质、管径和水头偏差，因滴灌工程毛管材质比较单一，流量指数m和管径指数b为已知，影响极限孔数的主要因素是毛管上分流孔间距S和毛管上单孔或灌水器的设计流量qd。

1.2 管网规划布置

1.2.1 常规管网布置模式

依据水平毛管的极限孔数的计算公式，很容易计算出毛管的极限孔数，也就确定了毛管的最大铺设长度，而生产上往往田块长度L超过滴灌带铺设的极限长度，因此常规设计将在条田中间布设支管管网，毛管与支管或辅管垂直呈鱼骨式布置，毛管单侧长度控制在小于极限长度，这种模式目前推广应用较多，如图1鱼骨式布置示意图。

1.2.2 “皿”字管网布置模式

在农业种植过程中，一些特定区域种植作物要求必须要覆土起垄，比如马铃薯、树莓等，起垄的高度根据作物生长要求而定，起垄后垄距之间会形成一条垄沟，在滴灌铺设支管的过程中支管就会垂直悬空搭在垄上，这样非常不利于机械行间作业，机械行走要衬垫管道保护防止损坏，衬垫不好机械在自重力下拉动管（带），严重会导致两侧按扣三通连接处脱落甚至损坏按扣三通，有些采取在垄上开槽将支管置于垄沟底部，这样容易造成毛管打折而阻挡水流正常通过，在垄沟处有接头也容易被碾压，不利于田间机械作业和管理。“皿”字形管网布置将很好地解决这一问题，条田长度L远超过滴灌带铺设极限长度，在条田两端分别铺设一条支管，将毛管与支管用旁通连接，形成“皿”字形，这样就形成了一个完整的闭合管网，形成一个灌水小区，如图1所示。

灌水小区的大小根据水源供水量确定，水量不足时，在支管上连接辅管，将一对辅管作为一个“皿”字形辅管管网的灌水小区，再将多个“皿”字形辅管管网组成一个的“皿”字形支管管网系统，如图3辅管“皿”字形布置示意图。

1.2.3 “皿”字形管网水力计算

较多学者重点研究了环状管路上支管压力流量分布和毛管入口压力流量分布，对毛管上沿程压力流量分布研究较少。根据研究成果，水力解析模型代表性的方法是有限元法、列队竞争算法和遗传算法等，这类方法计算结果比较符合实际，但计算过程较为繁琐，计算量大。而“皿”字形管网布置的最大特点是将较多的毛管组成了多个环路，而在毛管又有多个滴头，滴头沿程压力和流量的变化，缺少研究，也是“皿”字形管网水力计算的难点。

2 “皿”字管网布置模式优缺点与亟需解决的问题

2.1 优点

“皿”字形管网很好的解决了一些农业生产上问题，有利于机械田间作业，阀门设置在地头，管理者只需在田头按照轮灌方案开启相应灌水小区阀门即可，田间减少了管件连接与阀门，在条田两头巡视管网连接部件，大大降低了田间跑冒滴漏现象，滴灌带中间不打结，管网中无死端，降低了田间管理难度。

2.2 缺点

相比较常规管网布置而言，“皿”字形管网增加了地面管的数量，增大了亩投资，支管“皿”字形管网相对增加数量较大，而辅管“皿”字形管网相对较小。

2.3 亟需解决的问题

王贺贺等在环状管网条件下滴灌带铺设在极限内测定数据，得出结论是灌水均匀度要高于其他，但是没有研究在环状管网条件下，滴灌带铺设超过极限长度灌水器流量随压力的变化情况。

“皿”字形管网布置条件下滴灌带铺铺设超过极限长度滴灌带沿程压力与流量的变化、滴灌带铺设长度的确定、管网优化结构等问题还需要进一步试验研究。

“皿”字形管网在一些区域比较适合推广应用，对地形的适应要求、流量偏差是否能满足灌水均匀度。

进一步研究开发适合“皿”字形管网布置模式的滴灌带和灌水器。

3 小结

大力开展区域规模化高效节水灌溉，推广先进适用节水灌溉技术，是目前实现现代化农业的一项重要举措，而选择合理的管网布置模式和灌水方式是区域节水灌溉推广应用的必要前提。滴灌工程以其节水、节肥、省工、保持土壤结构通透气、提高品质、增产增效等特点加大了应用和推广，在不同区域不同种植作物上取得了很好的效果，作为目前较为普遍接受和认可的一种灌溉方式。在推广应用的过程中，管网布置模式也存在不足，缺少灵活性，对区域的农业种植结构、农业机械化和田间管理带来不便，为更好的满足区域节水灌溉管网布置模式，进一步研究与探索“皿”字形管网的灌溉模式。

参考文献

[1] 王贺贺，张志华. 毛管不同布置方式下滴灌管网压力流量分布特性研究[J]. 农业工程，2015，10（32）：185-186

[2] 冯文卫. 滴灌系统干管环状管网研究[J]. 工程技术，2015，22（1）：73-74

[3] 伊学农，任群，王国华，王雪峰编著.给水排水管网工程设计优化与运行管理[M].北京：化学工业出版社，2007（1）.

作者简介：白安龙（1976-），男，工程师，从事节水灌溉工程的规划设计、研究与应用推广工作。