专利名称：新低压滴灌系统的制作方法
技术领域：
本发明属于农业灌溉技术领域，涉及滴灌技术，特别涉及一种新低压滴灌系统。
背景技术：
滴灌是灌水技术之一，其实用技术与设备于上一世纪六十年代末面世，经近半个世纪的生产应用，其优势已为世人所接受即最能为作物提供适宜的生长环境和最为节水。本应在发展农村经济、提高农民生活水平及缓解水资源紧缺局面等方面，发挥更大的作用。然而，滴灌技术一面世，便被定位为昂贵的灌水技术，只能应用于高经济效益的作物；而更多经济效益不很高的农作物使用滴灌，利润极薄或无利可图，极大地制约了滴灌的发展。到2000年末，世界(88个国家)微灌(包括滴灌、地下滴灌、涌泉灌与微喷灌，而滴灌占极大部分)面积仅占灌溉面积的1.52％，美国占4.9％，中国只占约0.5％。昂贵是制约滴灌面积发展的最重大问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种新低压滴灌系统。该新低压滴灌系统的技术解决方案是新低压滴灌系统的组成与常规滴灌系统相同，包括压力水源、首部枢纽和输配水管网三大部分组成；压力水源包括高位水源或加压系统；首部枢纽包括节制、净化、施肥、量测、保护等设施；包括固定的或可移动的；输配水管网包括干管、支管、毛管、滴头/滴灌带、泄水阀等；其滴头的结构与常规滴头结构相同；其特点是(1)新低压滴灌系统由下式来确定滴头设计水头，使系统适应地形的能力与灌区田面状况相匹配，不再有对地形适应的闲置能力。该公式为
hd＝x·ΔZ/[qzv]式中ΔZ＝ΔZ1-ΔZ2ΔZ1-田面高程偏离的最大值，ΔZ2-田面高程偏离的最小值；hd-滴头设计水头[qzv]一允许的高差流量偏差率；应根据经济性对其取值做进一步论证，暂可取[qzv]＝0.05；(2)新低压滴灌系统的滴头设计压力不大于0.04MPa，支、毛管压力等级不大于0.06MPa；而常规滴灌系统的滴头设计压力大于0.04MPa，支、毛管压力等级大于0.06MPa；(3)在新低压滴灌系统灌水小区入口/支管进口，还设置有能使其下游为低压区的设备——恒压器，使支、毛管获得稳定的设计水头。
本发明由于建立了新的滴头设计水头确定方法，与常规滴灌系统相比，在一个实施例的支、毛管部分，亩均塑料耗量由12.54kg降至3.42kg，降低72.7％。灌水小区进口水头由10.4m降至1.3m，降低87.5％。其中每年需更新的滴灌带塑料耗量由7.4kg/亩，降到1.34kg/亩，降低81.9％。另一实施例温室内支、毛管塑料耗量从4.08kg减至0.4kg，减少90％；水头要求从9.2m降至0.62m，降低93％。
四
图1是本发明的系统示意图。图中的符号分别表示为1、水泵，2、水源，3、恒压器，4、逆止阀，5、压力阀，6、施肥罐，7、过滤系统，8、排污阀，9、阀门，10、流量计，11、干管，12、支管，13、毛管，14、滴头，15、泄水阀。
五具体实施例方式
以下结合附图和发明人给出实施例对本发明作进一步的说明。
根据发明人长期的研究表明影响滴灌系统投资与运行费用最为关键的因素是系统压力(或称水头)；滴头是滴灌系统的灌水器，而滴头设计水头取值是影响系统压力最重要的因素。(一)建立滴灌系统滴头设计水头取值依据，形成新型滴灌系统1、滴头设计水头取值现状滴头设计水头是滴灌系统重要参数之一，数十年来其常用值为10m；近年来虽有取小的趋势，但仍在7m～10m之间。从以色列进来的“重力”滴灌是个特例，其滴头设计水头为1.0m，在我国温室有应用，但没有对其取值加以论证。因此，滴头设计水头取值(或方法)，约半个世纪来一直处于无理论指导的经验沿用状态。2、滴头设计水头取值决定了滴灌系统对地形的适应能力经发明人多年研究，滴头设计水头取值决定了滴灌系统对地形的适应能力。这是因为灌区田面存在有局部高差，当滴头所处田面的实际高程低于设计高程时，该滴头的实际工作水头将大于设计水头；反之亦然。在此，将田面设计高程与实际高程之差定义为高程偏离；在讨论的范围内(如一个灌水小区)，田面高程偏离最大值与最小值之差定义为田面高差，以ΔZ表示，即ΔZ＝ΔZ1-ΔZ2(1)式中ΔZ1-田面高程偏离的最大值，ΔZ2-田面高程偏离的最小值。
ΔZ必将引起滴头流量偏差，将由ΔZ引起的流量偏差率称为高差流量偏差率，记作qzv；定义qzv＝k[(hd+ΔZ1)x-(hd+ΔZ2)x]/(khdx)，可推得qzv≈(x·ΔZ)/hd(2)式中hd-滴头设计水头，m；x-滴头流态指数；k-滴头流量与工作水头关系式中的常系数；其余符号意义同前。qzv反映了ΔZ对滴头出流偏差率(也就是对灌水质量)的影响。由式(2)可见对于已确定建设滴灌的某块土地(ΔZ已定)，当滴头选定后，等式右之分子便已确定，高差流量偏差率qzv的大小便由hd来决定；说明滴头设计水头取值制约着田面高差对灌水质量的影响，也就是决定了滴灌系统对地形的适应能力。3、滴头设计水头常规取值评价与常规滴灌系统滴头设计水头按常规取10m，使滴灌系统具有很大的地形适应能力，也就是常说的“滴灌不需要平整土地”。可是绝大部分滴灌灌区建设在平整过的土地上，其ΔZ＝0.05m～0.40m，当x＝0.5时，由此算得qzv＝0.0025～0.02；又如前述以色列“重力”滴灌hd＝1.0m，如温室ΔZ在0.03m，算得其qzv≈0.015，其影响均可以忽略。因此，对于绝大部分滴灌灌区，滴头设计水头的常规取值(包括温室内滴头设计水头仅为1.0m的“重力”滴灌)，使滴灌系统适应地形的能力超出了实际需要，即该系统有闲置能力；并因此形成了滴灌系统“昂贵”的现状，造成了滴灌设备投资与运行费的浪费。为了有所区别，这里把有闲置能力的滴灌系统称为常规滴灌系统；而现行滴灌系统的绝大部分属于常规滴灌系统。4、新型滴灌系统及其滴头设计水头的取值依据令滴灌系统适应地形的能力与田面状况相匹配，从而可消除滴灌系统的闲置能力；我们把没有闲置能力的滴灌系统称为新型滴灌系统，简称新滴灌系统。新滴灌系统的滴头设计水头，应按适应地形的能力与田面状况相匹配的原则来确定，既将田面高差ΔZ作为确定滴头设计水头的因素之一；为此，由式(2)可导出hd＝x·ΔZ/[qzv] (3)式中[qzv]-允许的高差流量偏差率；根据系统的经济性可对[qzv]取值做进一步研究，暂可取[qzv]＝0.05。
式(3)就是本发明提出的新型滴灌系统滴头设计水头计算式，计算结果是最小取值，也是推荐值。但当计算得hd≤0.5m时，应取hd＝0.5m。(二)提出新低压滴灌系统1、新低压滴灌系统及其优势如前所述，滴灌灌区多数在平整的土地(甚至是原地面灌区)上建设，其一个灌水小区的田面高差(ΔZ)多在0.40m以内，按式(3)来计算，多数情况下滴头设计水头可不超过4.0m，使大幅度降低滴头设计水头成为可能。需要开发hd≤4.0m的滴头及相应的滴灌带；而目前尚没有这样的产品。为此，我们把hd≤4.0m的滴头称为低压滴头；把与低压滴头配套的滴灌带称为低压滴灌带；把使用低压滴头的滴灌系统称为低压滴灌系统。新低压滴灌系统是指没有对地形适应的闲置能力(符合新型滴灌系统命名条件)、且滴头设计水头又不大于4.0m(又符合低压滴灌系统命名条件)的滴灌系统。
需要指出目前以色列生产并出售的“重力”滴灌系统，由于温室的田面高差在0.05m以下，虽然滴头设计水头仅1m，属于低压滴灌系统；但因未遵循适应地形的能力与田面状况相匹配原则，滴头设计水头仍有约50％的闲置能力，所以它虽是低压滴灌系统，但不是新低压滴灌系统。
新低压滴灌系统与常规滴灌系统相比，有以下优势——滴灌系统将不再昂贵；在田面高差不大于0.4m的滴灌灌区，采用新低压滴灌系统，除支、毛管外，干管也可比现行系统至少降一个压力等级；可在技术性能不降低的前提下，使滴灌系统设备一次性投资降低30％～70％；能耗(指地面以上的能耗)降低约25％～80％。会有更多作物使用滴灌有利可图、更多农户用得起滴灌。滴灌的市场容量将因此而大增。——有利于提高抗堵塞性能和降低滴头制造难度；由于滴头压力大幅降低，相同流量条件下滴头流道断面尺寸显著加大，不仅有利于提高抗堵塞性能，而且降低了滴头制造难度。2、新低压滴灌系统的组成新低压滴灌系统的组成与常规滴灌系统相同(参见图1)，由压力水源(高位水源或加压)、首部枢纽(节制、净化、施肥、量测等)和输配水管网(干管、支管、毛管与滴头/滴灌带、泄水阀等)三大部分组成，图中可以看出，包括1、水泵，2、水源，3、恒压器，4、逆止阀，5、压力阀，6、施肥罐，7、过滤系统，8、排污阀，9、阀门，10、流量计，11、干管，12、支管，13、毛管，14、滴头/滴灌带，15、泄水阀。其滴头的结构与常规滴头结构相同；但与常规滴灌系统区别在于(1)新低压滴灌系统的滴头设计水头由式(3)计算确定，使系统没有对地形适应的闲置能力；而常规滴灌系统的滴头设计水头取值与灌区田面状况无关，凭经验沿用取值；在田面高差ΔZ≤0.40m的灌区，系统存在对地形适应的闲置能力；(2)新低压滴灌系统的滴头设计压力不大于0.04MPa，支、毛管压力等级不大于0.06MPa；而常规滴灌系统的滴头设计压力大于0.04MPa，支、毛管压力等级大于0.06MPa；(3)在新低压滴灌系统灌水小区入口(即支管进口)，必须设置能使其下游为低压区的设备——恒压器，使支、毛管获得稳定的设计水头，确保灌水质量和支、毛管安全；常规滴灌系统的支管进口有安装压力调节器的，但不是必须，国际上现有的压力调节器产品，都不可能在新低压滴灌系统中使用。
(三)具体实施例(1)新疆棉花膜下滴灌条田宽为200m，支管长度100m，毛管双向布置；地形为顺毛管向1‰坡，支管水平。滴头设计流量1.6L/h、流态指数x＝0.5，滴头间距0.3m；毛管间距0.9m。
常规系统方案按规范要求允许的流量偏差率[qv]＝0.20；选滴头hd＝8.0m，支管间距140m，每个灌水小区面积为21亩；滴灌带与支管耐压等级0.15MPa(目前支管最小压力级为0.25MPa)，滴灌带壁厚0.2mm，米重10g；支管φ110壁厚3.2mm，米重1.08kg。灌水小区进口水头10.4m、流量82.76m3/h。滴灌带总长度15540m(亩均740m)，小区支毛管塑料总耗量263.4kg，合每亩12.54kg。
新低压滴灌系统方案新疆生产建设兵团棉花膜下滴灌均在原地面灌区建设，一般地面高差约为0.1m，滴头流态指数x＝0.5，由式(3)得hd＝1.0m。确定滴灌带及支管的压力级为0.015MPa；选用一季性滴灌带φ16、壁厚0.03mm，米重1.8g。支管间距80m，每个灌水小区12亩。
按规范，[qv]＝0.20；滴灌带顺坡长度43m、逆坡长度37m；支管为LDPE管置于地面，直径φ140mm、壁厚0.5mm，每米重量0.25kg。灌水小区进口水头1.3m、流量47.24m3/h，设计水力流量偏差率qv＝0.19＜[qv]。滴灌带总长度8880m(亩均740m)，小区支毛管塑料总耗量41kg，合每亩均3.42kg。
可见新低压滴灌系统与常规滴灌系统比较，在支、毛管部分，亩均塑料耗量由12.54kg降至3.42kg，降低72.7％。小区进口水头由10.4m降至1.3m，降低87.5％。其中每年需更新的滴灌带塑料耗量由7.4kg/亩，降到1.34kg/亩，降低81.9％。(1)日光温室滴灌日光温室净长50m、宽7m，支管长25m×2，毛管间距1m、每根滴灌带长6.5m、滴头间距0.3m、滴头设计流量1.6L/h、流态指数x＝0.5；地形坡为零。
常规系统方案支、毛管压力级0.15MPa；选薄壁滴灌带φ12，壁厚0.16mm，米重7g，总长325m；温室作物对灌水质量要求比较高，选[qv]＝0.15，滴头设计水头hd＝8.0m。支管φ20、壁厚0.6mm，米重36g。全温室耗塑料4.08kg；要求支管进口水头9.2m。
新低压系统方案温室田面高差为0.03m，小于0.05m，由式(3)得hd＝0.5m；按表1确定支、毛管压力等级为0.0075MPa，可选φ8滴灌带、壁厚0.02mm，米重0.7g，总长325m。同样选[qv]＝0.15，计算得支管φ25，壁厚0.04mm，米重3.1g。全温室耗塑料0.4kg；要求支管进口水头0.62m。
新低压滴灌系统与常规滴灌系统比较温室内支、毛管塑料耗量从4.08kg减至0.4kg，减少90％；水头要求从9.2m降至0.62m，降低93％。
权利要求
1.一种新低压滴灌系统，其组成与常规滴灌系统相同，包括压力水源、首部枢纽和输配水管网三大部分组成；压力水源包括高位水源或加压系统；首部枢纽包括节制、净化、施肥、量测、保护等设施；包括固定的或可移动的；输配水管网包括干管、支管、毛管、滴头/滴灌带、泄水阀等；其滴头的结构与常规滴头结构相同；其特征在于新低压滴灌系统由下式确定滴头的设计水头，使其适应地形的能力与灌区田面状况相匹配，消除滴灌系统对地形适应的闲置能力；该公式为hd＝x·ΔZ/[qzv]式中ΔZ＝ΔZ1-ΔZ2；ΔZ1-田面高程偏离的最大值，ΔZ2-田面高程偏离的最小值；hd-滴头设计水头；[qzx]-允许的高差流量偏差率，应通过技术经济论证确定；暂可取[qzv]＝0.05。
2.根据权力要求1所述的新低压滴灌系统，其特征在于其滴头设计压力不大于0.04MPa，支、毛管压力等级不大于0.06MPa，应用于田面高差ΔZ≤0.4m的场合。
3.根据权力要求1和2所述的在新低压滴灌系统，其特征在于在灌水小区入口(即支管进口)，还设置有能使其下游为低压区的恒压器。
全文摘要
本发明公开了一种新低压滴灌系统，该系统与常规滴灌系统相同，包括压力水源、首部枢纽和输配水管网三大部分组成；其特点是该系统对地形的适应能力与田面高差相匹配，因而没有地形适应能力的闲置；滴头设计压力不大于0.04MPa，支、毛管压力等级不大于0.06MPa；在新低压滴灌系统灌水小区入口(即支管进口)，还设置能使其下游为低压区的恒压器，使支、毛管获得稳定的设计水头。与常规滴灌系统相比，在一个实施例的支、毛管部分，亩均塑料耗量由12.54kg降至3.42kg，降低72.7％；小区进口水头由10.4m降至1.3m，降低87.5％。其中每年需更新的滴灌带塑料耗量由7.4kg/亩，降到1.34kg/亩，降低81.9％。系统的运行能耗(指从地面算起)也有约不小于30％的降低。
文档编号A01G25/02GK1481671SQ0313440
公开日2004年3月17日 申请日期2003年7月17日 优先权日2003年7月17日
发明者张国祥, 吴普特, 牛文全, 范兴科, 冯浩, 汪有科, 高建恩, 戚鹏, 田照明 申请人:国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心, 张国祥