對(duì)滴灌工程設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討

第第頁(yè)對(duì)滴灌工程設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討【摘要】新疆是一個(gè)水資源相對(duì)貧乏、時(shí)空分布不均的內(nèi)陸干旱與半干旱區(qū)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有“綠洲經(jīng)濟(jì)，灌溉農(nóng)業(yè)”的特征。發(fā)展高效節(jié)水是促進(jìn)新疆人水和諧和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。當(dāng)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(wú)論在地方系統(tǒng)和兵團(tuán)系統(tǒng)，在建設(shè)滴灌工程中中，在管徑選擇、壓力均衡驗(yàn)算等方面采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，本文針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)滴灌工程設(shè)計(jì)中幾個(gè)重要問(wèn)題進(jìn)行探討，旨在今后對(duì)新疆滴灌工程設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考和借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】滴灌設(shè)計(jì)；管徑選擇；探討

1.問(wèn)題的提出

（1）新疆是一個(gè)水資源相對(duì)貧乏、時(shí)空分布不均的內(nèi)陸干旱與半干旱區(qū)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有“綠洲經(jīng)濟(jì)，灌溉農(nóng)業(yè)”的特征。水資源的緊缺是制約新疆國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要因素。發(fā)展高效節(jié)水是促進(jìn)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(bǔ)助政策的激勵(lì)下，各地積極制定相關(guān)優(yōu)惠政策和補(bǔ)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(shí)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(jī)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(dá)380萬(wàn)畝，較上年增長(zhǎng)90%，發(fā)展速度居全國(guó)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(dá)1000多萬(wàn)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(xiàn)。

（2）滴灌設(shè)計(jì)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(wú)論在地方系統(tǒng)和兵團(tuán)系統(tǒng)，在建設(shè)滴灌工程中，在管徑選擇、壓力均衡驗(yàn)算等方面采用不同的設(shè)計(jì)計(jì)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(gè)系統(tǒng)的誤區(qū)。本文針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)滴灌工程設(shè)計(jì)中幾個(gè)重要問(wèn)題進(jìn)行探討，旨在今后對(duì)新疆滴灌工程設(shè)計(jì)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(yàn)算、毛管極限長(zhǎng)度驗(yàn)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(tuán)的設(shè)計(jì)資料推薦的管徑選擇原則和方法均為經(jīng)濟(jì)管徑分析法?，F(xiàn)將國(guó)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(guó)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(jì)原理與應(yīng)用》和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)顧烈烽主編的《滴灌工程設(shè)計(jì)圖集》，關(guān)于總干管、干管、分干管管徑選擇原則與方法進(jìn)行對(duì)比分析。

（1）國(guó)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(jià)及運(yùn)行費(fèi)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(yáng)程降低，運(yùn)行費(fèi)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(yáng)程較大，運(yùn)行費(fèi)用增加，但管網(wǎng)的投資減少。設(shè)計(jì)管徑應(yīng)遵循工程造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用綜合最低的原則進(jìn)行選擇。

（2）等編寫的《滴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)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(duì)于加壓滴灌系統(tǒng)，支管以上各級(jí)管道的管徑應(yīng)在滿足下一級(jí)管道流量和壓力的前提下按年運(yùn)行費(fèi)用最小原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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

管徑的選擇，以系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)與投資費(fèi)用之和最小來(lái)確定。

2.1.1.2計(jì)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(jì)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(jì)算方法與兵團(tuán)系統(tǒng)推薦的計(jì)算方法表達(dá)形式不相同。

（1）地方系統(tǒng)常用的計(jì)算方法。

水利廳系統(tǒng)以經(jīng)濟(jì)流速來(lái)確定經(jīng)濟(jì)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(jì)流速為1.0～1.5m/s，

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

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

（2）兵團(tuán)系統(tǒng)推薦的計(jì)算方法。

D'=10（tnxn）0.15Q0.43

2.1.1.3對(duì)比分析評(píng)價(jià)結(jié)論。

地方系統(tǒng)常用計(jì)算公式取經(jīng)濟(jì)流速為1.5m/s時(shí)與兵團(tuán)推薦公式計(jì)算結(jié)果相當(dāng)，地方系統(tǒng)常用計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果管徑略大于兵團(tuán)推薦公式；當(dāng)取經(jīng)濟(jì)流速為1.0m/s時(shí)，地方系統(tǒng)常用計(jì)算公式計(jì)算管徑比兵團(tuán)推薦公式計(jì)算大一個(gè)等級(jí)。由此說(shuō)明，采用地方系統(tǒng)計(jì)算公式比采用兵團(tuán)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(jì)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(jì)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(biāo)為支管管徑選擇的控制性指標(biāo)。

（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(jì)算公式和方法，由這些計(jì)算方法可以計(jì)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(gè)輪灌區(qū)內(nèi)，毛管長(zhǎng)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(jià)相對(duì)較小，這是該種方法表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。但是，這中方法存在的問(wèn)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(zhǎng)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(shí)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(jià)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(jì)的控制性指標(biāo)，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(jì)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(diǎn)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(jià)最低的結(jié)果。因此說(shuō)，沒(méi)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(yàn)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(jìn)行壓力均衡驗(yàn)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(jì)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(jì)算