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1、第6章 滴灌系统规划设计中的技术经济问题第节 加压滴灌系统和自压滴灌系统加压滴灌系统和自压滴灌系统在设计理念上是完全不同的。6.1.1加压滴灌系统的设计理念 加压滴灌系统需要消耗能源，输配水管网管径大消耗的能源少，但管网投资高；输配水管网管径小消耗的能源多，但管网投资低。因此加压滴灌系统必须在一次投资和以消耗能源为主的年运行费之间做出科学决策，只有一次性投资和年费用二者之和最小的系统才是经济的滴灌系统。因此，必须因地制宜地根据当地滴灌系统所采用的能源价格和滴灌系统管网的造价进行具体分析计算确定。特别是在滴灌系统年工作时间长的干旱地区和能源费用较高的地区，在设计思想上必须树立低能耗原则，在可能的
2、情况下应尽量设计成低压滴灌系统。6.1.2自压滴灌系统的设计理念 自压滴灌系统无须消耗能源，系利用自然水头压力实现滴水灌溉。此种情况下滴灌系统的投资仅仅与管网造价有关。设计思想上应尽可能地利用自然水头压力，在保证滴头和系统安全的前提条件下，采用合适输水管径的管网，以充分利用自然水头，降低管网投资。第节 滴灌系统规模问题滴灌系统规模系指滴灌首部枢纽及其以下的管网系统。滴灌工程可能由一个滴灌系统组成，也可能由多个滴灌系统组成。以井水为水源的滴灌系统一般均采用一井一个系统。以地表水为水源的大型滴灌工程往往由多个滴灌系统所组成。6.2.1影响滴灌系统规模的因素对于加压滴灌系统，系统规模大小主要取决于水
3、源、电源条件，也与管理有关，过大过小都是不经济的。水源条件以井水为水源的滴灌系统因为单井的出水量有限，井与井之间的距离要求大于干扰半径（一般都在300m以上），而首部系统靠近水源取水比较经济，故一般均采用一井一个系统。滴灌工程规模主要取决于水源条件。以地表水为水源的小型滴灌工程，一般也为一井一个系统。以地表水为水源的大型滴灌工程，特别是已经建成灌溉渠系并从渠系中取水的地表水滴灌工程，建设规模适当的多个系统才是经济的。对于大型输配水管网滴灌工程，为了系统管理的方便以及减少输水过程中的水头损失，往往也应将首部分散布置，建成多个规模适当的滴灌系统。电源条件滴灌为有压灌溉，必须有压力源。对于非自压灌溉
4、系统而言动力源配套是其必备条件。有现成电力网可供利用当然是经济的，滴灌系统首部与供电网越近越经济；电价越低越经济。管理因素对于非自动化管理系统而言，规模小系统多意味着管理人员多、管理成本增加；规模大系统少管理人员少、管理成本降低。6.2.2规模经济性的基本规律系统越大管网造价和运行费用越高一般来讲，系统越大，输配水管道级数越多、长度越长、管径越大、设备等级越高，所以管网造价越高；管路越长，水头损失越大，因此，运行费用越高，系统过小首部系统所占投资比例和管理费用将相对增加系统太小，受可选设备的影响，首部系统控制能力有可能得不到充分利用，因此首部系统所占投资比例将相对增加，首规模限制，单位面积的管
5、理费用也将增加。存在最佳规模问题由上述基本规律所决定，依投资、运行和管理费用三者最小为总目标，必然存在一个经济上最佳的工程规模。系统规模应通过技术经济分析比较后进行确定。6.2.3最佳规模的确定有大量滴灌工程实践的地方可通过实践经验的总结获取这方面的大概信息。最可靠的方法是在其他因素相同的情况下进行不同规模方案的设计，对不同规模多方案进行技术经济分析得出结果并进行对比，以此来确定最佳规模。第3节 轮灌与续灌问题无论何种灌溉方法，灌溉工程规划设计中都会遇到轮灌与续灌问题。但对于滴灌系统而言它具有特殊性，是能否发挥滴灌优点并影响滴灌工程造价的一个重要问题。但没有引起人们的足够重视并存在误导。以下将
6、论述设计状态下的轮灌和续灌问题。6.3.1最经济的系统最经济的系统应设计成在作物耗水高峰期以最大能力全面地连续运行。一般通过以下几点来实现：科学合理的灌溉制度高频灌溉（最好每日灌溉），作物需要多少补多少，使作物根区土壤一直保持在最佳含水量范围。尽可能长的灌水时间在允许时间范围内（规范规定滴灌系统每天工作不得超过20小时），安排尽可能长的一次灌水时间。尽可能整个系统都工作在可能的条件下，做到整个滴灌系统都工作。6.3.2实行轮灌的原因 受制于滴头流量在设计日耗水强度确定情况下，滴头流量是决定一次灌水时间的关键制约因素。滴头流量的大小又受土壤质地的制约。滴头流量越小一次灌水所需的时间越长，轮灌次数
7、越少；滴头流量越大一次灌水所需的时间越短，轮灌次数越多。因此，滴头流量是决定滴灌系统是否轮灌和论灌次数多少的首要原因。来源于不合理的灌溉制度人为地加大滴灌灌水定额、延长滴灌灌水周期，采用地面灌的灌水理论和方法处理滴灌条件下的灌溉制度问题。滴灌系统首部的设计流量一般都是确定不变的（特别是以井水为水源的滴灌系统，单井的出水量是一定的），由于灌水定额大而流量有限，不得不实行轮灌。实行轮灌与配水制度的关系不少地方地表水灌溉实行轮流配水制，灌溉是有时间限制的，要求在一定的时间段必须灌完，否则没有水可供应。在此情况下，滴灌系统的设计流量就必须按给水时间段的长短和可供流量以及供水周期的长短进行确定。该设计流
8、量确定后，滴灌系统内部的设计所遵循的经济规律与前述相同，在这种情况下，灌溉制度甚至滴头流量必须做相应的改变。6.3.3从理论上讲轮灌组越多，系统造价越高滴灌工程和滴灌系统的规模一般都是依据水源条件确定的，也就是说滴灌系统的设计流量一般情况下都是确定的，在这种情况下不管采用轮灌还是续灌，总干管首段的流量是一样的，在总干管入口压力确定情况下，其设计管径也必然是相同的。但对于滴灌系统输配水管网的其他管道或管段，采用续灌或轮灌、以及轮灌方式的不同，其流量是不同的。流量越分散，各级输配水管道需要的管径越小，需要的控制阀门越少，系统管网的造价越低；轮灌组越多，说明流量越集中，各级输配水管道需要的管径越大，
9、需要的控制阀门越多，系统管网的造价越高。举例列表说明如下（见图6-1、图6-2、图6-3）:表6-1 不同轮灌组数经济性比较表灌溉方式系统总流量干管段流量支管流量控制阀门全面灌溉QQBC=QEF=Q/6QAB=QDE=Q/3QOA=QOD=Q/2Q支=Q/121两个轮灌区QQBC=QEF=Q/6QAB=QDE=Q/3QOA=QOD=Q/2Q支=Q/612三个轮灌区QQBC=QEF=Q/4，QAB=QDE=Q/2QOA=QOD=Q/2Q支=Q/412全面灌溉情况下支管流量为该系统总流量的十二分之一，只设一个总控制阀门即可；分两个轮灌区情况下支管流量为该系统总流量的六分之一，需12个支管控制阀门；
10、分三个轮灌区情况下支管流量为该系统总流量的四分之一，需12个支管控制阀门。因此，轮灌分组越多需要的支管管径越大，需控制阀门有时相对较多。该实例全面灌溉与分两个轮灌区各干管段流量一样，但分成三个轮灌区时离首部较远的四段干管的流量显著增大，首部压力保持不变情况下，所需管径必然加大。OABECDF图6-1 不轮灌首部干管支管毛管OABCEFD图6-2 两个轮灌区首部干管支管毛管ABCDEFO首部干管支管毛管图6-3 三个轮灌区6.3.4 关于在附管之间实行轮灌问题 新疆生产建设兵团一些设计单位为了降低管网造价还采用一种将流量分散在各支管附管上实行附管轮灌的方式。该方法是较大型的棉花膜下滴灌系统，在采
11、用目前灌水器出水量较大滴灌带情况下，降低附管以上管网造价的一种有效方法。从理论上讲也可适应小家小户分散承包的管理模式。但其突出的问题是：由于控制阀门太多，在没有实现自动化控制情况下，事实上单靠人工根本无法进行准确的灌水控制，管理太复杂、太麻烦、劳动强度太大、甚至不可能办到。若采用自动化控制方式，技术上是可行的，但需要控制的阀门太多，造价将十分昂贵，经济上很不合算。第4节 滴头设计水头问题滴头设计水头是滴灌系统设计与运行的重要技术参数之一，它实质上是一个滴灌系统适应地形能力的一个重要参数。滴头设计水头取得太大，滴灌系统适应地形的能力可能被闲置，造成投资及运行费的浪费；滴头设计水头取的太小，将可能
12、使系统适应地形的能力太低，灌水质量难以保证。6.4.1高差流量偏差率一般情况下，滴灌系统的毛管和滴头均铺设于地表，且一个灌水小区（一条支管及其所带毛管称为一个灌水小区）上的毛管和滴头是同时工作的。由于灌水小区内田面有局部起伏、或设计中的简化（如非水平面按水平面设计），灌水小区中一些滴头的实际高程必将偏离设计高程（如图所示）。当滴头实际高程低于设计高程时，滴头的工作水头将大于设计值；当滴头实际高程高于设计高程时，滴头的工作水头将小于设计值。若将滴头设计高程与实际高程之差定义为高程偏离；在一个灌水小区内，把高程偏离的最大值（图中的）与高程偏离最小值（图中的）之差定义为田面高差并用表示，则： （6-
13、1）式中：高程偏离的最大值，m； 高程偏离的最小值，m。滴头的水力关系式为： （6-2）式中：滴头流量，L/h； 系数； 滴头工作水头，m； 滴头流态指数。当工作水头为设计水头时，滴头的流量为设计流量。田面高差必然引起滴头间的出流偏差。若用表示由田面高差引起的流量偏差率，根据行业标准对流量偏差率的定义，可用下式表达： （6-3）式中：由田面高差引起的流量偏差率，称为高差流量偏差率； ； ； 其余符号意义同前。将式（6-3）右边按二项式展开取前三项：代入式（6-3），因第三项相对很小而略去，得： （6-4） 高差流量偏差率表达了田面高差对灌水质量的影响，也即表达了滴灌系统对地形的适应能力。式（6
14、-4）表明：影响高差流量偏差率的因素有三个，即地面高差（反映灌水小区田面状况）、滴头流态指数（反映滴头水力性能）和滴头设计水头。在要求高差流量偏差率一定情况下，灌水小区田面很平坦且采用流态指数小的滴头时，所需要的滴头设计水头将很小。6.4.2滴头设计水头的取值原则滴头设计水头取得太大，滴灌系统适应地形的能力可能被闲置，造成投资和运行费用的浪费；滴头设计水头取得太小，将可能使滴灌系统适应地形的能力太低，灌水质量难以保证。因此，必须根据灌区的田面高差与滴头的流态指数来确定滴头的设计水头。滴头设计水头的取值原则是：使滴灌系统适应地形的能力与灌区田面状况相匹配即基本上无闲置能力。为此，由式（6-4）得
15、到： （6-5）式中：可接受的高差流量偏差率； 其余符号意义同前。6.4.3滴头设计水头的经验取值滴灌系统的灌水质量要求是在设计中通过限定流量偏差率来实现的。造成流量偏差的因素有水力偏差、滴头制造偏差、滴头高程偏差、计算误差等。我国现行行业规范编制于1995年，由于条件限制滴灌系统设计中仅考虑水力偏差一项。滴灌系统可接受的高差流量偏差率是一个技术经济问题，由于尚未有人进行深入研究现阶段还不可能准确确定。根据现行滴灌系统可在山丘区应用的实际，张国祥建议取0.05，得到滴头设计水头最小值的计算公式为： （6-6）式中：符号意义同前。笔者认为安全起见高差流量偏差率取0.025比较有利。滴头流态指数条
16、件下，不同类别滴灌灌区滴头设计水头最小值见下表：表6-1 滴头设计水头最小值表（ ）滴灌灌区类别（m）(m)=0.05=0.025推荐值温室、大棚0.050.51.01.0平原区水地0.050.250.52.51.05.01.05.0丘陵区经过平整的耕地0.250.402.54.05.08.05.08.0山丘区果园0.501.005.010.010.010.0 必须指出的是高差流量偏差率系对灌水小区而言。对温室、大棚而言，一个温室、一个大棚可视为一个灌水小区；对于一个大型滴灌系统，往往由很多个灌水小区所组成，显然灌水小区的大小也在一定程度上影响田面高差。灌水小区较大、田面平整度较差，滴头的设计
17、水头应较大；灌水小区较小、田面平整度较好，滴头的设计水头应较小。以往国内外常用值为10m，在不少情况下采用这么高的设计水头是没有必要的，往往造成不必要的能量浪费，实际上它应该根据滴灌系统灌水小区田面的平整情况及其大小灵活决策。第5节 滴灌系统设计运行压力问题6.5.1滴灌系统运行压力的构成滴灌系有压灌溉，滴灌系统设计运行压力由下式计算： （6-7）式中：滴灌系统设计运行压力，m； 典型灌水小区进口高程，m； 系统水源的设计水位，m： 典型灌水小区进口设计压力水头，m。 系统水源进口至典型灌水小区进口的沿程水头损失，m； 系统水源进口至典型灌水小区进口的局部水头损失，m。为系统水源的设计水位与典
18、型灌水小区进口高程的高差。水源设计水位取决于采用水源的类型和水源的供水能力。从水池或渠道取水的滴灌系统，以水池或渠道取水点的设计水位为滴灌系统水源的设计水位；从井中直接取水的滴灌系统，应以井的动水位为设计水位。由滴头设计压力水头和灌水小区支管和毛管水头损失所组成。为保证灌水小区灌水的均匀性，灌水小区支管和毛管的水头损失必须限定在允许的范围之内，而且灌水小区允许水头损失在支毛管间还有个优化分配问题，应通过技术经济比较加以确定（见规范SL-103-95 4.3.4）。为系统水源进口至典型灌水小区进口的沿程水头损失，包括井管（吸水管或扬水管）水头损失和输水干管水头损失。微灌工程技术规范SL 1039
19、5推荐公式为： （4-26）式中：沿程水头损失，m； 摩阻系数； 流量，L/h； 管道内径，mm； 管道长度，m； 流量指数； 管径指数。管道沿程水头损失与流量的m次方成正比，与管道直径的b次方成反比。滴灌系统均采用塑料管属光滑紊流，管径指数b一般等于4.75，显然，管道沿程水头损失对管径的变化很敏感，管径的稍微变化都会影响到水头损失的变化。当流量和管段长度不变时，整大管径可显著降低管路水头损失；减小管径将显著加大管路的水头损失。6.5.2设计压力与滴灌系统投资的关系压力与输配水管网投资关系主要关系对于加压滴灌系统而言，压力高减少管网投资；压力低增加管网投资。此处所说的滴灌系统输配水管网系指干
20、管进口至灌水小区进口的所有管道。在进行滴灌系统管路水力计算时，滴灌系统的设计流量是已经确定固定不变的，管道中流量的关系式为： （6-8）式中：管道流量，m3/s； 管道过流断面面积，m2； 管内流速，m/s； 管道内径，m。由式6-8，管道流量与管道内径的平方和流速成正比。显然，管道内径是影响管道流量的最主要因素，其次是流速。流量不变情况下，管道内径的变小必然引起流速的显著增高；反之亦然。流速与压力有如下关系： （6-9）式中：重力加速度，9.8m/s； 管内压力水头，m。将式6-9代入6-8得： （6-10）式中：符号同前。由式6-10，管道流量与管中压力水头的平方根成正比。显然，输送相同的
21、流量，采用较高的压力可选用较小的管径。由微灌工程技术规范SL 10395 （4.3.4-3），管道价格与管道内径一般有如下关系： （6-11）式中：管道价格，元/m； 指数，由管道价格与管内径（mm）按上式回归求出； 系数。由式6-11，管道价格与管道内径的次方成正比关系，指数是一个大于1的数，较高压力可选用较小管径，将使管网造价降低；较低压力必须选用较大管径，将使管网造价升高。次要关系仅考虑承压能力，压力大小与管网投资的关系不大从管道的承压能力考虑，压力高可能需要的管壁较厚，压力低所需的管壁较薄。较厚的管壁耗材量较高，较薄的管壁耗材较少，以此推理，压力高将有可能加大管网造价，压力低反而可能降
22、低管网造价。但实际情况是加压滴灌系统管网的工作压力一般都比较低，完全可以控制在0.4MPa以内，一般均采用同一承压能力管材，仅在自压滴灌系统中有可能涉及采用不同承压等级管材问题。单位长度塑料管道的用材体积为： （6-12）塑料管道壁厚为： （6-13）将式（6-13）代入式6-12）得： （6-14）因此，输配水管网投资与压力的关系可表达为： （6-15）式中：输配水管网投资，元； 管材原料单价，元/kg； 管材材料密度，kg/m3； 管道长度，m； 管壁厚度，mm； 管道外径，mm； 管壁材料设计允许抗拉强度，MPa； 管道内水压力，m。由式（6-10），分子分母都存在一个，当变化时值变化较
23、小，因此，输配水管网投资与系统设计压力关系不大。压力与首部枢纽设备投资的关系一般情况下滴灌系统设计流量是固定不变的，在同一流量下，滴灌系统首部加压机组的投资与其扬程即系统设计运行压力大小成正相关。系统运行压力的大小还决定着过滤设施的耐压等级，其投资也与压力大小成正相关。但在工程实践中，由于首部设计压力都被限制在一定范围之内、而厂家所生产的过滤设备承压等级均采用较高的安全值，首部设计压力的大小对其投资的影响不大。6.5.3设计压力与滴灌系统运行费用的关系对于加压滴灌而言，系统的设计压力最直接地表现为系统运行费用的高低。当滴灌系统设计流量和年运行时间确定时，系统设计压力决定着水泵的扬程和动力机功率
24、，从而决定了滴灌系统的年运行费用，可用式6-16表述： （6-16）式中：系统年运行费用，元/年； 电价，元/（kW/h）； 系统年运行时间，h/年； 动力机功率，kW/h； 水的容重，9800N/m3； 系统设计压力（水泵扬程），m； 系统设计流量，m3/h； 水泵效率。由式6-16，滴灌系统的年运行费用与电价、年运行时间、设计压力、设计流量均成正比例关系。显然，对于电价较高和系统年运行时间叫较长的地方，滴灌系统的运行费用较高；尤其是对于最适合采用滴灌技术的干旱区，一般情况下滴灌系统的设计流量大、年运行时间特别长，运行费用高往往是制约滴灌技术发展的关键因素，对于干旱地区的加压滴灌系统，在可能
25、的情况下应尽量采用较低的系统设计压力，以降低系统运行费用。6.5.4滴灌系统设计压力确定的原则对于加压滴灌系统而言，在管理方便的前提下，经济的系统应该是设备投资年折旧费和年运行费用二者之和最小的系统。不同地区自然气候条件、动力条件、经济文化水平各异，应因地制宜地进行科学的具体分析，做出恰当的决策，切不可盲目地照搬外地的设计。 图6-2 经济滴灌系统原理示意图对于自压滴灌系统而言，在运行安全和管理方便的前提下，应尽量利用自然压力水头。降低管网投资。第6节 灌水小区优化设计问题6.6.1灌水小区的基本概念灌水小区是滴灌系统的最基本设计单元，一个滴灌系统，特别是大型滴灌系统往往由很多个进口压力一样的
26、灌水小区所组成。一般情况下，一条支管及其所带毛管（支管所控制的面积）称为一个灌水小区；采用辅管的大田滴灌系统，一条辅管及其所带毛管（辅管所控制的面积）为一个灌水小区。更确切的定义应为：一条带支管进口压力调节器支管最末一条毛管管干管hahminhmaxqmaxqminqa第一条毛管图6-3 灌水小区中滴头流量与工作水头关系qmax,qmin,qa 分别为灌水小区中滴头最大、最小和平均流量hmax,hmin,ha 分别为灌水小区中滴头最大、最小和平均水头qmaxqminqahmaxhminha毛管的输配水管（支管或辅管）及其所带毛管称为一个灌水小区。灌水小区往往与滴灌系统田间压力调节装置的安装位置
27、密不可分，一般情况下，多在支管进口安装压力调节装置；采用辅管的大田滴灌系统往往在辅管进口安装压力调节装置；也有在毛管进口安装流调器的。美国国家灌溉工程手册等完全按调压点位置定义灌水小区，其缺点有二：其一，对于大型滴灌系统，将一条毛管定义为一个灌水小区，它大大的复杂了毛管以上管路系统的设计；在毛管进口处调压，其前提是其上一级管路（支管或辅管）上必须有足够的压力（低压系统上是无法实现的），因此要求的水头压力较高，要保证这种较高的水头压力，不增大上级管道的管径，就得加大滴灌系统的工作压力，显然将是不经济的；其二，支管、辅管和毛管三级管路定义为灌水小区，它大大复杂了灌水小区水力设计，进行技术经济分析困
28、难，灌水均匀性难以保证。明确灌水小区的概念非常重要，因为田间灌水的均匀性是通过灌水小区水力设计来实现的，灌水小区的大小涉及毛、支（辅）管长度，而毛、支（辅）管长短的确定又是涉及管理的一个技术经济问题。6.6.2灌水小区允许水头偏差在支（辅）、毛管间的分配在使用非压力补偿式滴头情况下，为了使灌水小区施水均匀，均对灌水小区的水头损失加以限制，提出所谓的允许水头偏差问题。水平坡情况下，灌水小区的允许水头偏差由支管水头损失和毛管水头损失两部分组成；均匀坡情况下，灌水小区允许水头偏差还将受支、毛管首尾地形差的影响。支管水头损失和毛管水头损失各自所占的比例可以是多种多样的，但不同的组合将有不同的管网造价，
29、因此，存在着优化组合问题。杨建康于1990年推导出了平坡情况下滴灌系统支、毛管允许水头偏差最优分配比公式，改进了美国J凯勒和D喀麦林提出的给一个固定常数的方法。张志新于1991年推导出了均匀坡情况下滴灌系统支、毛管允许水头偏差最优分配比公式。现将张志新公式（灌工程技术规范SL 103-95 4.3.41）推导过程介绍如下：所利用的基本公式总水头损失计算公式: (6-17)式中：总水头损失，m； 考虑局部水头损失的加大系数； 与沿程水头损失及量纲有关的系数； 流量，m3/h； 、流量指数和管径指数； 、管径，mm和管长，m； 多口出流系数。 管道单位长度造价公式： （6-11）式中：管道价格，元
30、/m； 指数，由管道价格与管内径（mm）按上式回归求出； 系数。数学模型目标函数灌水小区内支、毛管允许水头偏差的最优分配应使支、毛管的总造价（灌水小区的管网造价）最低。故，目标函数可表达为：、 （6-18）式中：、支、毛管的总造价（灌水小区的管网造价），元； 、支管长度和毛管长度，m； 、支管管径和毛管管径，mm； 支管上毛管布置系数，单侧布置，双侧布置； 支管上单侧毛管根数； 其余符号同前。约束条件 （6-19）式中：、支管和毛管的允许压力水头差，m； 滴灌系统灌水小区允许的压力水头差，m。模型建立如果毛管上每个出水口的流量为，出水孔口数为，支管上单侧毛管根数为，则支、毛管的进口流量分别为：
31、 （6-20） （6-21）式中：、支管进口流量和毛管进口流量，m3/h。若允许的压力水头差分配给支管的比例为，即，由公式6-17得： （6-22） （6-23）式中：、支管和毛管管径，mm； 、支管和毛管的局部水头损失加大系数； 、支管和毛管与沿程水头损失及量纲有关的系数； 、沿支管和毛管的地形比降（下坡为正，上坡为负）；其余符号同前。滴灌系统支管和毛管均为塑料管，且均为多口出流管，可以近似地认为二者的局部水头损失加大系数和与沿程水头损失及量纲有关的系数相等，即；，那么： （6-24） （6-25）式中符号的物理意义同前。将式6-24和6-25代入6-18中，并将支、毛管流量分别用6-20和
32、6-21式代替，则有：（6-26）式6-26对求导，并令其一阶导数为零（当，情况下），则得到下式： （6-27）经验证，故式6-26总有最小值。如果支管上的毛管数和毛管上的出水口数均大于5，则，因此： （6-28）因为滴灌系统的支、毛管均为塑料管，水流流态一般为光滑紊流，沿程水头损失一般都用勃拉休斯（Blasius ）公式计算，故，故有： （6-29）式中：允许水头偏差分配给支管的比例； 灌水小区允许的压力水头差，m； 、支管长度和毛管长度，m； 、沿支管和沿毛管地形比降； 支管上毛管布置系数，单侧布置时为1，双侧布置时为2； 支管上单侧毛管根数； 指数，由管道价格与管内径（mm）按6-11式
33、回归求出。由于值受材料和能耗价格等影响的影响不是一个固定不变的数，设计者很难获得，给公式的使用造成一定困难。因毛管除保护地采用小口径外，毛管直径基本上都是16mmPE管，不存在管径和造价的关系问题；支管则多用承压0.4Mpa的U-PVC管，胡卫东于2005年底对国内主要滴灌生产厂家所生产的U-PVC管材进行回归分析所得值见表6-1。该式即为微灌工程技术规范SL 10395中的（4341）式。若令： 则： （6-30）式中符号意义同前。表6-1 国内主要生产厂家滴灌管材管径指数表生产厂家U-PVC管直径范围（mm）管径指数值宝硕屯河天业5040020400203551.95811.88991.4
34、2750.200.200.36注： 0.4MpaU-PV管，按7500元/吨计算。由式6-30，滴灌系统中灌水小区允许水头损失在支、毛管间的最佳分配比例与灌水小区允许水头损失、支管毛管长度、支管毛管管坡和支管上单侧毛管数量有关。在已知灌水小区允许水头损失、支管毛管长度、支管毛管管坡（地形比降）和支管上单侧毛管数量情况下，很容易由式6-30计算出灌水小区允许水头损失分配给支管的比例。显然，在无坡度情况下，即为杨建康公式： （6-31）式中符号意义同前。灌水小区允许水头损失在支毛管间分配比例的影响因素分析通过示例对式6-30进行分析，所得规律性如下：支、毛管管坡（地形比降）对值的影响假设灌水小区允
35、许水头损失为5.5m，支管和毛管的长度分别为26m和62m，支管上的毛管数为14，由6-30式求得不同支、毛管管坡（地形比降）情况下的值如图6-3所示。显然，允许水头损失分配给支管的最佳比例值，随着支管坡度值的增大而减小，随着毛管坡度值的增大而增大，而且均呈直线关系。但二者比较，支管坡度对值的影响较大（图6-3中，关系线的斜率较陡）。 图6-4 支、毛管管坡与值的关系支、毛管长度对值的影响当支、毛管管坡为2%的下坡，灌水小区允许水头损失为5.5m，支管上的毛管数为14时，由式6-30求得的，关系曲线如图6-4所示。值随支管长度的增加而增大，其增大幅度随支管长度的增加而减小；值随毛管长度的增加而
36、减小，其减小幅度随着毛管长度的增加而减小。 图6-5 支、毛管长度与值的关系支管上的毛管数对值的影响当支、毛管管坡为2%的下坡，支、毛管管长分别为26m和62m，灌水小区允许水头损失为5.5m时，由式6-30求得的关系曲线如图6-5所示。值随着支管上出水口毛管数的增加而减小，其减小幅度随着支管上毛管数的增加而变小。 图6-6 支管上的毛管数与的关系灌水小区允许水头损失对值的影响当支、毛管管坡为2%，支、毛管管长分别为26m和62m，支管上的毛管数为14时，由式6-30求得的关系曲线如图6-2所示。值随允许压力水头差的增大而增大，且增大幅度随允许压力水头差的增加而减小。 图6-7 灌水小区允许水
37、头损失与值的关系改变例中设计参数对图6-3图6-6进行验证，趋势是完全一致的。短支管与长毛管组合一般比较经济式6-29为均匀坡情况下滴灌系统灌水小区支、毛管允许水头损失最优分配比通用计算公式。管径指数值可由表6-1中选用，式6-30是采用了沈阳塑料七厂提供的值得到的计算式。均匀坡度情况下，滴灌系统灌水小区允许水头损失分配给支管的最佳比例值：随着支管坡度值的增大而减小，随着毛管坡度值的增大而减小；随着支管长度的增长而增大，随着毛管长度的增长而减小；随着支管上毛管数的增加而减小；随着灌水小区允许水头损失的增大而增大。较短的支管长度、较长的毛管、较多的毛管数和较大的允许压力差情况下，值将取较小值。因
38、此，支管应尽量平行于等高线布置，且短而粗的支管与多、细、长的毛管组合，一般是较经济的。在支、毛管有坡度的情况下，应采用式6-30计算值。若采用平坡计算公式6-31计算值，有时管网造价可能增加17%以上，很不经济。在毛管进口段设置调压装置，使毛管进口水头相等时，支管上的压力变化不影响灌水小区灌水器（滴头）的灌水均匀性，灌水小区允许水头损失应全部分配给毛管。第7节 干管管径的确定问题灌水小区以上各级管道应视为干管（通常应为支管以上各级管道），它是连接灌水小区和滴灌系统首部枢纽的桥梁，由不同管径的输配水管道所组成。干管设计是一系列管流设计，干管管径的科学合理确定是降低系统费用的关键因素之一。6.7.
39、1经济管径和经济流速对于加压滴灌系统而言，支管以上各级管道的管径是在满足下一级管道流量和压力的前提下按费用最小的原则选择的。随着管径的增大，管道的投资造价（一般用年折旧费表示）将随之增高，而管道的年运行费用将随之降低。因此，客观上必定有一种管径，会使上述 两种费用之和为最低，这种管径就是我们要选择的管径，称之为经济管径。经济管径中对应的流速称为经济流速。图6-7 经济管径示意图由第四章所述，北京农业工程大学郑跃泉老师利用哈威公式推求出的滴灌干管的经济管径公式为： (4-32)式中：干管的经济直径，mm； 干管流量，L/h； 干管年工作小时数； 每度电的价格，元； 抽水装置的效率； 管材使用寿命
40、，年； 农业贷款年利率，%； 每米管材价格与管径关系（）的系数和指数，每米管材的价格（元/m），为管径。表6-2 国内主要生产厂家滴灌管材管径指数表生产厂家U-PVC管直径范围（mm）管径系数值管径指数值备注宝硕屯河天业5040020400203550.00100.00130.00531.95811.88991.42750.4MpaU-PVC管，按7500元/吨计算由式4-32，在流量确定的情况下，经济管径主要取决于管材价格和使用年限、管道的年运行小时数和能源价格。当式中各数据可以取得的情况下，由式4-32很容易计算出所要的经济管径。显然，不同地区气候、经济条件不一，能源价格和滴灌系统的年运行时间不同，管材价格也不一样，经济管径肯定不同。因此不能乱套自然、气候、经济等条件不同地区的经济管径经验公式。6.7.2经济管径和经济能坡如第四章所述，当于管纵断面线、流量和所需的工作压力已知，但进口压力未定时，将可绘无数条直能坡线满足灌溉所需压力。图4-7 干管纵剖面及不同坡度直能坡线能量坡度线愈陡，管径愈小，投资愈省，但所需扬程高，运行费用高；反之，能量坡度线愈缓，所需扬程愈小，运行费用愈低，但管径大，投资高。应根据当地的实际情况进行综合经济分析，选出使投资费用和运行费用二者之和最小的能坡经济能坡进行干管设计。由勃拉休斯公式