滴灌毛管管径优化研究

丁苏疆 李宝珠 刘 庆 苑 征

（新疆泓科节水设备制造有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000）

1 引言

滴灌系统由首部、输配水干管、支管、毛管（含滴头）、连接件、控制装置等组成。毛管投资一般占滴灌系统初始投资的25%，若按使用年限折旧，则占到整个滴灌系统投资的85%以上[1]。因此，毛管性能优劣、成本高低直接影响着滴灌系统的技术经济指标和滴灌技术的应用推广，也影响着一个灌溉产品生产企业的市场竞争力。

2 毛管管径与成本的关系分析

毛管成本主要包括加工费、模具与检修费、人工、电、原料等费用，其中原料费用占到成本的80%左右。而毛管单位长度消耗原料体积可用式（1）计算[2]。

式中，V——单位长度需要的塑料体积，m3/m；

D——毛管外径，mm；

[σ]——设计允许抗拉强度，MPa；

P——管内水压力，MPa。

因此，毛管单位长度成本可近似表示为式（2）。

式中，Y——单位长度毛管成本，元/m；

ρ——塑料密度，kg/m3；

C——塑料原料单价，元/kg。

由式（2）知：在压力、原料价格和抗拉强度相同的条件下，可近似地认为毛管成本与管径平方成正比。

3 毛管管径与滴灌系统材料设备造价关系研究

3.1 毛管管径与铺设长度的关系分析

毛管铺设长度需满足灌水均匀度要求，目前主要是通过限定灌水小区内灌水器的流量偏差来保证，其流量偏差率和水头偏差应在允许范围内[3]，水平毛管的铺设长度可由式(3)和式（4）确定[4]。

式中，Nm——毛管的极限分流孔数；

INT[]——将括号内实数舍去小数成整数；

[Δh2]——毛管允许水头偏差，m；

k——水头损失扩大系数；

Se——毛管上灌水器间距，m；

qd——灌水器设计流量，L/h；

S0——毛管进口至首孔的距离，m。

由式（3）知，毛管允许水头偏差、灌水器间距、灌水器设计流量确定的条件下，毛管铺设长度可近似地认为与毛管管径d1.729成正比，毛管管径越大，铺设长度越长。

滴头间距0.3m、工作压力6m、流态指数0.6时，按照毛管上允许流量偏差10%，平坡条件下毛管不同滴头流量和管径时，铺设长度见表1。

表1 毛管不同管径和滴头流量条件下铺设长度（m）

3.2 毛管管径与滴灌系统造价关系分析

对毛管管径（4mm、6mm、8mm、12mm、16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm）、滴头间距(0.2m、0.3m、0.4m、0.5m)、流量(0.5L/h、1.0L/h、1.5L/h、2.0L/h、2.5L/h)进 行组合优化，分析相应滴灌系统的投资，得到不同滴灌带管径、滴头流量和滴头间距时，滴灌系统管材亩造价的关系，见图1。

由以上分析可知，毛管管径不同，铺设长度不同，系统造价不同。由图1知，滴灌带管径应控制在6mm～25mm之间，管径太大或太小，滴灌系统造价都会偏高。因此，在产品开发中，应根据区域地块大小与形状，开发不同管径的滴灌带。比如针对温室大棚，可开发管径为8mm的滴灌带；小地块长度短，可开发管径为12mm的滴灌带；对于条田面积较大、长度较长的地块，可开发管径为16mm～22mm的滴灌带，以便降低滴灌系统投资，避免浪费。

如某60m×8m的温室大棚，采用管径为8mm和16mm滴灌带时，滴灌系统投资对比见表2。

图1 不同管径、滴头流量的滴灌带与滴灌系统管材亩造价关系

由表2知，采用8mm滴灌带比采用16mm滴灌带，可降低滴灌系统投资约17%，节约成本明显。

表2 采用不同管径滴灌带温室大棚滴灌系统投资对比

4 结论

本论文对毛管管径与毛管成本、铺设长度、滴灌系统造价的关系进行了研究，得出以下结论：

（1）在压力和抗拉强度相同的条件下，可近似地认为毛管成本与管径平方成正比。

（2）毛管允许水头偏差、灌水器间距、灌水器设计流量确定的条件下，毛管铺设长度可近似地认为与毛管管径d1.729成正比，毛管管径越大，铺设长度越长。

（3）滴灌带管径应控制在6mm～25mm之间，管径太大或太小，滴灌系统造价都会偏高。因此，在产品开发中，应根据区域地块大小与形状，开发不同管径的滴灌带，以降低滴灌系统造价。

[1]李宝珠.增设辅助支管的滴灌系统管网模式探讨[J].新疆农机化.2006.4：34-35.

[2]张国祥.微灌技术探索与创新（文选）[M].郑州：黄河水利出版社，2012.9:124.

[3]GB/T50485--2009,微灌工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[4]顾烈烽主编.滴灌工程设计图集[M].中国水利水电出版社，2005.6.