對滴灌工程設(shè)計中幾個問題的探討

第第頁對滴灌工程設(shè)計中幾個問題的探討【摘要】新疆是一個水資源相對貧乏、時空分布不均的內(nèi)陸干旱與半干旱區(qū)，社會經(jīng)濟發(fā)展具有“綠洲經(jīng)濟，灌溉農(nóng)業(yè)”的特征。發(fā)展高效節(jié)水是促進新疆人水和諧和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。當前，在新疆掀起了以滴灌為主的農(nóng)業(yè)高效節(jié)水建設(shè)的高潮，目前在新疆很多地方，無論在地方系統(tǒng)和兵團系統(tǒng)，在建設(shè)滴灌工程中中，在管徑選擇、壓力均衡驗算等方面采用不同的設(shè)計計算方法，本文針對上述問題，對滴灌工程設(shè)計中幾個重要問題進行探討，旨在今后對新疆滴灌工程設(shè)計和建設(shè)提供參考和借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】滴灌設(shè)計；管徑選擇；探討

1.問題的提出

（1）新疆是一個水資源相對貧乏、時空分布不均的內(nèi)陸干旱與半干旱區(qū)，社會經(jīng)濟發(fā)展具有“綠洲經(jīng)濟，灌溉農(nóng)業(yè)”的特征。水資源的緊缺是制約新疆國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的主要因素。發(fā)展高效節(jié)水是促進新疆人水和諧和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。2009年，在新疆農(nóng)業(yè)高效節(jié)水補助政策的激勵下，各地積極制定相關(guān)優(yōu)惠政策和補助辦法，形成了由政府統(tǒng)攬、水利主管、部門配合、鄉(xiāng)鎮(zhèn)靠前指揮、農(nóng)民自主實施的高效節(jié)水建設(shè)工作體系和多主體共同投入的投資機制，掀起了農(nóng)業(yè)高效節(jié)水建設(shè)的高潮。地方年度新增田間高效節(jié)水建設(shè)面積創(chuàng)歷史最高水平，達380萬畝，較上年增長90%，發(fā)展速度居全國第一。到2009年底，以滴灌為主的農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉面積達1000多萬畝，為新疆農(nóng)業(yè)抗旱保豐收、農(nóng)牧民增收、水資源高效利用做出了突出貢獻。

（2）滴灌設(shè)計是建設(shè)滴灌工程的關(guān)鍵，它指導(dǎo)著如何建好滴灌工程，關(guān)系滴灌工程節(jié)水增產(chǎn)效益的發(fā)揮。目前在新疆很多地方，無論在地方系統(tǒng)和兵團系統(tǒng)，在建設(shè)滴灌工程中，在管徑選擇、壓力均衡驗算等方面采用不同的設(shè)計計算方法，在一些地方，為了節(jié)省投資，在建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程中，存在把滴灌管網(wǎng)和低壓管道管網(wǎng)共用一個系統(tǒng)的誤區(qū)。本文針對上述問題，對滴灌工程設(shè)計中幾個重要問題進行探討，旨在今后對新疆滴灌工程設(shè)計和建設(shè)提供參考和借鑒作用。

2.滴灌系統(tǒng)管網(wǎng)管徑選擇、壓力均衡驗算、毛管極限長度驗算

2.1加壓滴灌系統(tǒng)管徑選擇。

2.1.1滴灌工程總干管、干管、分干管管徑選擇。

2.1.1.1滴灌工程總干管、干管、分干管管徑選擇原則和方法。

在滴灌管網(wǎng)中，總干管、干管、分干管為續(xù)灌管，管徑選擇的原則和方法與支管、毛管不同。目前水利部、自治區(qū)水利廳、新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團的設(shè)計資料推薦的管徑選擇原則和方法均為經(jīng)濟管徑分析法。現(xiàn)將國家水利部節(jié)水灌溉技術(shù)培訓(xùn)教材《微灌工程技術(shù)》（周衛(wèi)平、宋廣程、邵思編著中國水利水電出版社1999年7月）、等編著的《滴灌工程規(guī)劃設(shè)計原理與應(yīng)用》和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團顧烈烽主編的《滴灌工程設(shè)計圖集》，關(guān)于總干管、干管、分干管管徑選擇原則與方法進行對比分析。

（1）國家水利部節(jié)水灌溉技術(shù)培訓(xùn)教材關(guān)于總干管、干管、分干管管徑選擇原則與方法：

管徑選擇與投資造價及運行費用、壓力分區(qū)等密切相關(guān)。管徑選擇較大，其水頭損失較小，所需水泵揚程降低，運行費用減小，但管網(wǎng)投資相應(yīng)提高了。

管徑選擇較小，其水頭損失較大，所需水泵揚程較大，運行費用增加，但管網(wǎng)的投資減少。設(shè)計管徑應(yīng)遵循工程造價及運行費用綜合最低的原則進行選擇。

（2）等編寫的《滴灌工程規(guī)劃設(shè)計原理與應(yīng)用》，關(guān)于總干管、干管、分干管管徑選擇原則與方法：

對于加壓滴灌系統(tǒng)，支管以上各級管道的管徑應(yīng)在滿足下一級管道流量和壓力的前提下按年運行費用最小原則進行設(shè)計。

（3）生產(chǎn)建設(shè)兵團顧烈烽主編的《滴灌工程設(shè)計圖集》關(guān)于總干管、干管、分干管管徑選擇原則與方法進行論述：

管徑的選擇，以系統(tǒng)運行費與投資費用之和最小來確定。

2.1.1.2計算公式。

由以上論述看出總干管、干管、分干管的選擇均為經(jīng)濟管徑分析法，其指導(dǎo)思想和原則是完全一致。但地方系統(tǒng)常用的計算方法與兵團系統(tǒng)推薦的計算方法表達形式不相同。

（1）地方系統(tǒng)常用的計算方法。

水利廳系統(tǒng)以經(jīng)濟流速來確定經(jīng)濟管徑，根據(jù)《低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（SL/T-153-95），表3.4.1硬塑料管的經(jīng)濟流速為1.0～1.5m/s，

經(jīng)濟流速v=1.0m/s，經(jīng)濟管徑d=18.81Q；

經(jīng)濟流速v=1.5m/s，經(jīng)濟管徑d=15.36Q；

（2）兵團系統(tǒng)推薦的計算方法。

D'=10（tnxn）0.15Q0.43

2.1.1.3對比分析評價結(jié)論。

地方系統(tǒng)常用計算公式取經(jīng)濟流速為1.5m/s時與兵團推薦公式計算結(jié)果相當，地方系統(tǒng)常用計算公式計算結(jié)果管徑略大于兵團推薦公式；當取經(jīng)濟流速為1.0m/s時，地方系統(tǒng)常用計算公式計算管徑比兵團推薦公式計算大一個等級。由此說明，采用地方系統(tǒng)計算公式比采用兵團推薦公式更為安全穩(wěn)妥。

2.1.2關(guān)于支管管徑選擇。

（1）根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）3.0.9節(jié)，灌水器設(shè)計允許流量偏差率應(yīng)不小于20%的規(guī)定及3.0.10節(jié)灌水器工作水頭偏差率與流量偏差率之間的計算公式，支管和毛管的允許壓力差不應(yīng)大于4.12m（流態(tài)指數(shù)取值為0.5），該指標為支管管徑選擇的控制性指標。

（2）在很多教材和資料中，都提出了支管和毛管壓力差分配的最優(yōu)計算公式和方法，由這些計算方法可以計算出毛管和支管壓力差分配的比例數(shù)，通常都是毛管分配的比例較大，支管分配的比例較小，在一個輪灌區(qū)內(nèi)，毛管長度較大，按這種比例布置管網(wǎng)，支管的數(shù)量較小，工程投資造價相對較小，這是該種方法表現(xiàn)出來的優(yōu)點。但是，這中方法存在的問題是與輪灌工作制度與地塊形狀和大小相脫離。在地塊和輪灌工作制度確定的情況下，毛管的長度是一定的，不可能隨意選取，因而，毛管所分配的允許的壓力差大于實際毛管總水頭損失，而由于支管分配的允許水頭損失較小，造成支管管徑大，導(dǎo)致工程造價高，其結(jié)果是與最佳分配方案的初衷相違背。

（3）筆者主張，以4.12m作為小區(qū)支管和毛管設(shè)計的控制性指標，在地塊和輪灌工作制度確定的情況下，布置毛管和支管，按照輪灌小區(qū)的布置計算毛管的總水頭損失，在4.12m中除去毛管的總水頭損失，為選擇支管管徑的允許壓力差。這種方法的優(yōu)點是，與地塊形狀大小和輪灌工作制度相協(xié)調(diào)，在滿足輪灌小區(qū)流量均勻度的條件下，取得支管管徑最小，造價最低的結(jié)果。因此說，沒有統(tǒng)一的、不變的支管和毛管允許壓力差最優(yōu)分配比例，而有具體的支管和毛管允許壓力差最優(yōu)分配比例。

2.1.3小區(qū)驗算。

（1）根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）4.4.1節(jié)，微灌管網(wǎng)必須進行壓力均衡驗算。

（2）根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）3.0.9節(jié)，灌水器設(shè)計允許流量偏差率應(yīng)不小于20%的規(guī)定及3.0.10節(jié)灌水器工作水頭偏差率與流量偏差率之間的計算