膜下滴灌工程在设计中的系统优化

(1)管网优化

膜下滴灌工程在设计中的系统优化

①管网优化的基本概念

滴灌管网一般由主干管、分干管、支管和毛管组成,其中支管与毛管组成田间管网,滴灌管网系统中,田间管网的优化问题只与田间管网允许水头差有关,允许水头差一般是一个固定值,与干管尺寸无关,在选择水泵扬程可作为一个常数考虑。也就是说干管管网与田间管网的优化问题是彼此独立的,可分别进行设计,然后结合起来,便是整个滴灌管网的优化设计。

②田间管网的优化设计

滴灌田间管网由支管和其控制的毛管组成,其优化设计的目的就是在保证满足灌水均匀度要求的情况下,如何分配田间管网允许水头差,选择支管与毛管管径或确定支管与毛管长度,使田间管网投资最小。

膜下滴灌现主要用于大田作物,为适应大田机械化作业及运行管理的要求,毛管均选用相同的管径,目前滴灌系统产品,毛管使用的是滴灌带,设计滴灌系统时,根据作物、土壤性质及农业技术等因素,可选择滴头流量及间距等技术参数,这些参数一经确定,滴灌带的规格型号也就确定了,那么毛管的管径也就确定了。支管一般对称于干管成鱼骨式布置,干管间距决定了支管的长度,在干管管网布置已确定的情况下,干管两侧支管的总长度也就确定了。所以田间管网的优化设计,可归结为在毛管管径及干管两侧支管总长度一定情况下,确定使田间管网造价最低的毛管长度和支管管径。

对于一块确定的条田,在毛管管径及灌水小区允许压力差一定的情况下,毛管长度越大则毛管压力差越大,为保证灌水小区实际压力差不大于允许压力差,支管允许水头差就必须减小,所需支管管径就越大,而毛管长度越大就意味着支管间距越大,那么灌区内的支管数目就越少,则灌区内的支管总长度就越短。反之,若毛管长度越小,所需支管管径越小,灌区内的支管数目就越多,那么灌区内的支管总长度就越长。也就是说,要减小支管管径,则灌区的支管总长度增加。而要使灌区的支管总长减小,则支管所需管径就大。因此,选取适当的毛管长度、支管数目及支管管径使田间管网的造价最低,就形成了一个优化问题。

毛管一般对称于支管布置,在均匀坡度情况下,支管两侧的毛管一边为上坡一边就为下坡,为使两侧毛管压力差相同,下坡毛管的长度就应大于上坡毛管的长度。同样,在均匀坡度情况下,干管两侧的支管也是一边为上坡一边为下坡,有两个办法可保证两侧支管压力差相同,一个办法是两侧支管采用相同的管径而长度不一样,另一个办法是两侧支管均采用变径管而长度相同。

水泵未选干管管网优化:当没有选定水泵时,干管管网首端压力未定,此时管网优化设计一方面要考虑降低管网投资,另一方面又要降低运行费用,而两者大小是相互影响的。在其他因素都相同的情况下,要降低管网投资,则干管的管径小,水头损失大,所需水泵的扬程就大,系统的运行费用就将增加。反之若要降低运行费用,就要增大管径,则管网的一次性投入将增加,那么如何选择管道的直径和水泵的型号使系统的年费用最低,就是优化设计所要解决的问题。

(2)设备优化

主要是首部设备优化(沉淀池、沙石、网式过滤器、水泵等)。

(3)结构优化

主要是系统结构的优化:首部位置,尽可能多系统共用一个首部;管网结构的优化,干管的级数,无辅管系统等。

(4)材料优化

降低材料压力等级,减小壁厚,降低造价。

(5)布置优化

管网的优化布置:主干管、分干管的方向及位置。