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1、涌泉灌溉下毛管极限长度的计算方法0引言 近两年来,山西省晋城陵川县在"山西省农业科技推广示范行动"项目的扶持下,结合当地特色,大力发展果树种植行业.由于当地特殊的地理环境,使得果品质量优良,但当地严重缺乏的水资源以及原始的灌溉方式制约了农业的发展.因此,当地率先引进了涌泉灌溉技术,相比于原有的抽水漫灌的方式,更加节水、省工、高效、管理方便,对于当地经济发展有很大推动作用. 1涌泉灌溉优势 涌泉灌溉是由滴灌演化而来的一种节水灌溉方式[13].滴灌出流量小,滴入土壤的水分在土壤中入渗的均匀性因
2、土质不同差异很大,而且易造成植物根系侧向生长,使作物的抗倒性变弱.为了解决这一问题,逐渐地发展为将微管代替滴灌滴头的灌溉模式,并借鉴了穴灌的特点,将水灌入绕作物的环状灌水沟中,使水能缓慢、均匀地渗入根系中.与喷灌相比,喷灌的灌水效率受温度和风向的影响较大,当温度过高、空气湿度低时,喷灌的蒸发损耗量增大.当风速为四级时,能将水滴吹散,使喷灌的水滴发生漂移;对于一些叶片较多的植株,喷洒的水量会有一部分落在叶片上,降低了灌水效率;而涌泉灌不受风速气温影响,能将水直接灌入植物根系中,避免了这些情况的发生
3、.渗灌虽然减少了地表蒸发的水分耗散,但其造价太高,极易堵塞,而且技术不太成熟.涌泉灌溉与前几种节水灌溉方式相比,具有出流量大、灌水损失小、不受气温风力影响、灌水均匀度高、适用于多种土质、投资少和操作简便等优点.对于地形复杂的山区,涌泉灌溉具有很大的优势. 2灌区基本情况 灌区位于山西晋城地区,灌区面积为12hm2,主要种植作物为樱桃、苹果、桃、李、杏、梨等果树,共种植果树7852棵,果树株距为3m,行距为4m.灌区土地均为梯田,且高差较大,最高地块海拔为959.67m,最低地块为896.78
4、m,采用自流灌溉.灌区内设计一蓄水池,为圆柱形,高6m,底半径为10m,灌水方式为涌泉灌溉(小管出流灌溉);项目设计干管、分干管管径为110mm,支管为63mm,毛管管径为32mm,微管管径为4mm,系统设计流量为43.8m3/s.在每行果树地下15cm深处埋设一条毛管,稳流器在毛管上打孔安装,由稳流器的另一端接4mm微管,微管位于地面以上,水流经微管以细流形式流入果树周围预先挖好的环状灌水沟,最后入渗到果树根系中.环状灌水沟直径取1.3m,沟深10cm,边坡系数为1,底宽为20cm,其断面为等
5、腰梯形.按成龄树冠直径为2m计算,求得稳流器规格为60L/h. 3毛管长度的确定 对于一个灌溉工程来讲,毛管用量较大,约占总用管量的55%.灌区设计是由1条毛管控制1行果树,选用的管径决定了毛管的最大铺设长度.经过水力计算,20、25、32mm这3种规格的毛管是较为经济的管径.但考虑到管径过小会使沿程水头损失增大的因素,并且要保证供水量的充足,所以采用32mmPE管作为毛管. 在灌区规划中,如果毛管过短,会增加管件的用量,使阀门数量过多,增加了灌溉管理的难度;如果毛管过长,会使出流不均,同
6、时造成了管道的浪费.因此,确定毛管的最大长度能更合理规划灌区,降低灌溉系统的造价,提高灌溉质量. 3.1水头偏差在支、毛管之间的分配比例计算当地形均匀且支毛管的降比均不大于1时,分配比例可用微灌工程技术规范SL103-95(4.3.4-1)式[5]计算,有 其中,β1为允许水头偏差分配给支管的比例;β2为允许水头偏差分配给毛管的比例;L1为小区支管总长度,m;L2为毛管总长度,m;J1为沿支管地形比降,J2为沿毛管地形比降,本工程中取J1=J2=0;α1为支管上毛管布置系数,本工程为双侧
7、布置取2;n1为支管上单侧毛管的根数;a为指数,由管道价格与管道直径回归得出;C为管道价格,元/m;b0为系数. 3.2管径与报价的参数计算 为求得a的值,现根据管道与管径报价材料(见表1)对(2)式C=b0da进性回归分析. 对等式两边取对数,得lnC=lnb0+lnd.令y=lnC,b=lnb,x=lnb,将表中数据转换后,用Sas软件对其作回归分析,得到回归方程(模型的回归拟合结果)为 求得回归模型的p值小于0.05,说明较为显着;决定系数达0.9313,说明其具有较高的拟
8、合精度.因此,求得a值为1.928. 3.3毛管的极限管长度 按SL103-95,微灌工程技术规范公式[5]进行计算,则有 其中,Nm为多孔管的极限分流孔数;INT()为将括号内的实数舍去小数成整数;Δh毛为毛管内允许的水头偏差;d为多孔管内径,mm;K为水头损失括大系数,取k=1.2;S为毛管孔间距,取3m;qd为稳流器出水流量,取qd=60L/h;β1为允许水头偏差分配给支管的比例;[Δh]为灌水小区允许水头偏差,经计算为1m.按凯勒尔卡迈里所提的支毛管水头,损失合理分配方案,Δh
