河北华微微灌技术（四）

第六节 支、毛管设计 

（一）设计原则 

毛管设计的内容是在满足灌水均匀度要求下，确定毛管长度、毛管进口的压力和流量。在平整的地块上， 一般最经济的布置是在支管的两侧双向布置毛管。 毛管入口处的压力相同，毛管长度也相等。

在沿毛管方向有坡度的地块上，支管布置应向上坡移动，使逆坡毛管的长度适当减少，而顺坡毛管长度适当加大。这样地形变化加上水头损失使得整条毛管出流均匀。

支管的间距是由地形条件、毛官和滴头的水力特性决定的。下图是滴灌系统中常用的一

些简单布置形式。

（二）支管设计 

微灌系统支管是指在连接干管与毛管的管道，是从干管取水分配到毛管中。 支管同毛管一样也是多孔出流管道，与毛管不同的是其流量要大得多，因而支管一般是逐段变细的，这主要是为了在一定压力差范围内使投资更小。

支管设计包括确定管径以及支管入口压力。当沿支管地形坡度小于 3%时，通常情况下最经济的方式是支管沿干管双向布置。当沿支管地形坡度大于 3%时，干管应向上坡方向移动，使逆坡支管长度减少，而顺坡的支管长度增加。

为了降低投资，支管一般设计成由 2-4 种管径组成，为了保证支管的冲洗，最小管径不应小于最大管径的一半。通常支管内流速应限制在 2m/s 以内。

由于挑压阀安装位置不同，支管的允许压力差也就不同，支管设计应按以下两种情况分别考虑。

（1）毛管入口处安装调压阀或使用补偿式灌水器，此时支管设计只要保证每一毛管入口压力在调压阀的工作范围内且不小于毛管要求的进口压力即可。 具体水力计算按多口出流管进行。

（2） 不采用补偿式灌水器且毛管入口处未安装调压阀时支管和毛管设计是通盘考虑的。在设计毛管时已经将分配给支管的水头偏差确定了， 可据此设计支管。当计算出支管管径过大时，可修改毛管设计，以获得最经济的设计。水力计算按多口出流管进行。

 （三）毛管设计

味灌系统毛管是指安装有灌水器的管道， 毛管从支管取水，然后通过灌水器均匀地分配到作物根部。一般采用耐老化低密度聚乙烯制造，毛管直径一般为10-25mm，有时也用到32mm。由于滴灌工程毛管数量相对较大，因此一般选用较小直径的毛管，最常用毛管直径10-20mm。毛管一般选用同一直径，中间不变径。

毛管设计是在确定了灌水器类型、 流量和布置间距后进行的， 通常只有选用单个滴头时，毛管设计才是必须的，对于一体化滴灌管，可依靠厂家提供有关毛管的参数。毛管设计的任务是确定毛管直径和在该地形条件下允许铺设最大长度。对于这个问题，由于选用不同类型的灌水器，其设计方法也是不同的。

1．毛管允许水头偏差和灌水器最大、最小工作水头及流量的确定

根据设计标准和灌水器的设计流量，在较小的坡度下灌水小区内灌水器最大、最小出流量可按下式估算： 

    相应灌水器水头为 

为了计算方便，以设计灌水器工作水头 hd计算允许的水头偏差率为 

此时灌水器的流量偏差率为 

式中：

——灌水器最大和最小流量，L/h；

——灌水器的设计流量，L/h；

——灌水器的设计水头，m；

——与相对应的灌水器最大和最小工作水头，m； 

——灌水器流态指数；

——设计流量偏差率； 

——设计水头偏差率。  

当在毛管进口安装调压装置后，允许水头偏差将全部分配到每条毛管上。就是每条毛管上灌水器的最大、最小水头。 

    2．判别最大工作水头灌水器的位置 

    在沿毛管地形坡度 j  ￡ 0的情况下，毛管上最大工作水头灌水器的位置，在上游的第一孔。在下坡条件下可能出现在毛管上游第一孔或下游第 N 孔端，其判别条件 

式中： 

——（N-1）孔毛管的总水头损失，m； 

J——沿毛管的地形坡度； 

S——滴头间距，m。

    3．按供应商提供的资料选择毛管 

若毛管入口处安装有调压阀，也就是说一条毛管上各滴头流量偏差率不超过  10%，即 压力偏差率不超过 20%。如沿毛管方向坡度小于 3%，可按供应商所提供的最大毛管铺设长度表选择。下面是某供应商的滴灌管铺设长度表：

注：滴灌管直径为 16mm。 

第七节 干管及首部枢纽设计 

 （一）干管设计 

    干管是指从水源向田间支毛管输送灌溉水的管道。 干管的管径一般较大，灌溉地块较大时，还可分为总干管和各级分干管。干管设计的主要任务是根据轮灌组确定的系统流量选择适当的管材和管道直径。

    1．干管管材的选择 

微灌系统干管一般选用塑料管道，可选用的管材有聚氯乙烯 （PVC）管、聚乙烯管 （PE）和聚丙烯（PP）管。干管管材的选择应考虑以下因素：

（1）根据系统压力，选用不同压力等级的塑料管。塑料管道的压力等级分为：0.25、0.40、0.63、1.00Mpa 和 1.25Mpa。不同材质的塑料管的抗拉强度不同，因此同一压力等级，不同材质塑料管的壁厚也不相同。对于较大的灌溉工程或地形变化的山丘区灌溉工程，由于系统压力变化较大，应根据不同的压力分区选用不同压力等级的管材。

对于压力不大于 0.63Mpa 的管道，以上四种塑料管均可使用，压力大于 0.63Mpa 的管道，推荐使用聚氯乙烯（PVC）管材。

（2）考虑系统的安装以及管件的配套情况，选用不同的塑料管材。聚氯乙烯 （PVC）管材可选用扩口粘接和胶圈密封方式进行连接。高密度聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯 （PP）管材，由于没有粘接材料，只能采用热熔对接或电熔连接。低密度聚乙烯管（LDPE）管材只能用专用管件进行连接。管道直径小于 20mm  时，可使用内插台式密封，而使用组合密封式管件。由于大口径密封式管件，结构复杂，体积和重量较大，价格相对较高，因而微灌常用的低密度聚乙烯管材口径一般在 63mm 以下。

（3）考虑市场价格和运输距离选择适当的管材。塑料管道体积较大，重量轻，因而运输费用相对较大，在选择管道时，应就近选择适当管材，以降低费用。

2．干管管径的选择 

干管的管径选择与投资造价及运行费用、压力分区等密切相关。管径选择较大，其水头损失较小，所需水泵扬程降低，运行费用减少，但管网投资相应提高了。管径选择较小，其水头损失较大，所需水泵扬程较大，运行费用增加，但管网的投资可减少。由于微灌系统年运行时数较少，运行费用相对较低，一般情况下，应根据系统的压力分区以及可选择水泵的情况综合考虑，通过技术经济比较来选择干管直径。

 （二）水泵选型计算 

    1．系统设计扬程的确定 

    由最不利轮灌组推求的总水头就是系统的设计扬程。设计扬程的计算式为 

式中： 

H ——系统设计扬程，m； 

H ₀ ——最不利轮灌组所要求的干管进口工作水头，m；

∆H j  ——干管进口至水源的水头损失（包括首部各组成部分的水头损失），m； 

Z1 ——干管进口处的地面高程，m；

Z2 ——水源动水位，m。 

    （1）干管进口所要求的工作水头H0。干管进口所要求的工作水头应按下式计算： 

式中： 

——最不利灌水小区的进口水头，m； 

——从最不利灌水小区的进口处至干管进口各级管短的水头损失，m；

Z3 ——最不利灌水小区的进口处高程，m。

     （2）水泵进水管入口至干管入口处的损失△Hj。这部分损失包括水泵的吸水管、水泵出口至干管进口段、阀门、接头、肥料注入装置、过滤器及水表等水头损失。需特别指出的是，过滤器的水头损失是这部分水头损失最大的一部分，应根据系统流量和所选过滤器的级数、规格和型号，参照有关过滤器的性能曲线选择。

    2．系统设计流量的确定 

    流量可用下式计算： 

式中： 

Q_P——系统设计流量，m³ /h；

m ——毛灌水定额，mm； 

S ——灌溉面积，hm² ；

T ——轮灌周期，d； 

t_P ——水泵日工作时间，h/d。 

当只用一台水泵工作时，上式即为水泵流量。当用多台水泵工作时，则可按水泵进行流量分配。

3．水泵选型

根据系统设计扬程和流量可以选择相应的水泵型号， 一般所选择的水泵参数应略大于系统的设计扬程和流量， 然后再由该水泵的性能曲线校核其他轮灌组要求的流量和压力是否满足。

（三）首部枢纽设计

集中安装于系统进口部位的加压、调节、控制、净化、施肥（药）、保护及量测等设备的集成称为首部枢纽。 首部枢纽的设计就是正确选择和合理配置有关设备和设施，以保证微灌系统实现设计目标。首部枢纽对微灌系统运行的可靠性和经济性起着重要作用，因此，在设计时应给予高度重视。

在选择设备时，其设备容量必须满足系统过水能力， 使水流经过各设备时的水头损失比较小。在布置上必须把易锈金属件和肥料 （药）注入器放在过滤器器上游，以确保进入管网的水质满足灌溉要求。 

1．水泵 

离心泵和潜水泵是微灌系统应用最普遍的泵型，选型时要注意工作点 高效区。

2．过滤器 

选择过滤设备主要是要考虑水质和经济两个因素。筛网过滤器是普遍使用的过滤设备。  含有有机污物较多的水源使用砂石过滤器能得到更好的过滤效果，含沙量的水源可采用离心式过滤器，且最好与筛网过滤器配合使用。 筛网的网孔尺寸或砂过滤器的滤沙应满足灌水器对水质过滤的要求。过滤器设计水头损失一般为2-5m。

    3．水表 

水表的选择要考虑水头损失值在可接受的范围内， 并配置于肥料注入口的上游，防止肥料对水表的腐蚀。 

4．压力表 

选择测量范围比系统实际水头略大的压力表，以提高测量精度，最好在过滤器的前后均设置压力表，以便根据压差大小确定是否进行清洗。

5．进排气阀与排水阀 

    进排气阀一般安装在微灌系统管网的高处或局部高处， 在首部枢纽应在过滤器顶部和下游管上各设一个。其作用为在系统开启充水时排除空气，系统关闭时向管网补气，以防止负压产生，系统运行时排除水中夹带的空气，以免形成气阻。

    进排气阀的选用，目前可按“四比一”法进行，即进排气阀全开直径不小于管道内径的

1/4。如 100mm 内径的管道上应安装内径为 25mm 的进排气阀。

另外在干、支管末端和管道最低位置宜安装排水阀，以便冲洗管道和排空管内积水。

（四）蓄水池的设计

蓄水池除调蓄水量外，也可起到沉沙、去铁的作用。蓄水池的出水口（或水泵进水口）应设在高出池底 0.3-0.4m处，既避免带走沉淀物，又充分利用水池容积；在有条件的地方，尽可能安设冲洗孔；温暖地区的蓄水池很容易滋生水草和藻类，对微灌系统工作影响较大，目前最佳的办法是加盖避光。

当微灌系统既需要沉淀池又需要蓄水池时，设计时首先考虑二者合一的方案，根据工作条件尽可能减少容积、降低投资。

2．镇墩设计 

镇墩是指用混凝土、浆砌石等砌体定位管道，借以承受管中由于水流方向改变等原因引起的推力。直管中由于自重和温度变形产生的推、拉力。三通、弯头、变径接头、堵头、阀门等管件处也需要设置镇墩，尤其是管径比较大者。镇墩设置要考虑所受力的大小和方向，

并使之安全地传递给地基。镇墩的推力和传压面面积可由下表查出有关数据，经计算确定。

管件    90度     45度    三通堵头    管件    90度   45度    三通堵头

管径mm   弯头     弯头      闸阀     管径mm  弯头    弯头      闸阀            

   25mm        70         40           50       63mm      500      270        350 

   32mm       120         60           80       75mm      700      400        500 

   40mm       180        100          130       90mm      1150     600        800 

   50mm       280        150          200       110mm     1650     880       1150 

微灌系统的干、支管道一般埋入地下，此时传力面积应正交于推力方向。对于设置于地表的管道，其推力尚要叠加最不利工作条件下的温度变形力。陡坡管段还要考虑管道自重、管内水重的分力，由稳定计算确定镇墩的大小。实际施工时，镇墩常根据经验进行施工。