第二節(jié)　噴微灌系統(tǒng)工作制度

一、概念

噴微灌系統(tǒng)工作制度是指噴微灌系統(tǒng)按照灌溉計劃，從水源取水、輸送、分配的工作方式，供水范圍、供水流量，以及供水順序的運行過程。

二、工作制度類型

噴微灌系統(tǒng)工作制度分為續(xù)灌、輪灌和隨機供水三種。

1.續(xù)灌工作制度

續(xù)灌是對整個系統(tǒng)全部管道同時供水，對灌溉面積內(nèi)所有作物同時灌水的一種工作制度。它的優(yōu)點是每株作物都能得到適時灌水；灌溉供水時間短，有利于其他田間農(nóng)事操作的安排。缺點是輸配水干管流量大，增加工程的投資和灌溉成本；在水源流量小的地區(qū)可能會縮小灌溉面積。對于灌溉面積小、植物單一的噴微灌系統(tǒng)可以采用這種工作方式。

2.輪灌工作制度

輪灌是將支管分成若干組，由干管按一定的程序輪流向各組支管供水，工作支管向所屬灌水器同時供水進行灌溉的一種工作制度，它要求各輪灌組的供水流量盡量接近。其優(yōu)點是，可以減小工程投資，提高設(shè)備利用率，增加灌溉面積；缺點是，當(dāng)輪灌組較多且分散時，手動操作較為麻煩。輪灌是噴微灌系統(tǒng)通常采用的一種工作制度，尤其是采用自動控制系統(tǒng)更顯示出其優(yōu)越性。

3.隨機供水

當(dāng)灌溉工程控制面積大，灌區(qū)內(nèi)用水單位較多，作物的種類較多時，各用水單位和各種作物需要灌水的時間和用水量的不確定性較大，難以執(zhí)行統(tǒng)一編制的輪灌制度，尤其是在經(jīng)濟價值高的蔬菜、花卉種植區(qū)，植物對水分敏性感強，如果強制規(guī)定供水時間，可能會使一些作物不能及時得到水分補充，一旦缺水將會造成較大的經(jīng)濟損失。為了滿足各個用水戶的取水需要，可將管網(wǎng)上各種取水口的啟閉看作是一個個獨立的隨機事件，應(yīng)用概率論的原理計算各取水口隨機取水幾率的工作制度。

三、輪灌組的劃分與流量計算

（一）輪灌組劃分原則

但采用輪灌工作制度時，輪灌組的劃分應(yīng)遵循下列原則：

（1）各輪灌組控制的面積應(yīng)盡可能相等或接近，并使各輪灌組工作時，所需系統(tǒng)流量和水泵揚程盡量接近，使水泵工作穩(wěn)定，處于高效率區(qū)運行，節(jié)省能耗。

（2）最大輪灌組流量不應(yīng)大于水源可供流量。

（3）盡量減小輸配水管道流量。

（4）當(dāng)采用人工操作灌溉時，一個輪灌組管轄的范圍宜相對集中連片，輪灌順序應(yīng)便于操作管理。

（5）對采用自動控制的噴微灌系統(tǒng)，可采取分散劃分輪灌組，減小輸配水管道流量，并均衡系統(tǒng)流量和水泵揚程，保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，節(jié)約工程費用和能量。

（6）與作物田間管理協(xié)調(diào)。

（二）輪灌組數(shù)目的確定

輪灌組數(shù)目應(yīng)根據(jù)噴微灌系統(tǒng)水量平衡條件按式（4-10）、式（4-11）計算確定。

取N≤Nmax

其余符號意義同前。

式（4-10）和式（4-11）是以水量平衡為基礎(chǔ)建立的。在確定輪灌組數(shù)目時，還應(yīng)考慮另一因素是，輪管組數(shù)與水源可供水流量和管網(wǎng)的布置應(yīng)互相協(xié)調(diào)，因為噴微灌系統(tǒng)支管數(shù)常常不等于輪灌組數(shù)的倍數(shù)，或每個輪管組控制得面積差異過大，可導(dǎo)致輪灌組流量失衡，此時輪灌組數(shù)與管網(wǎng)的布置需要作適當(dāng)調(diào)整。

（三）輪灌組流量計算

（1）當(dāng)灌區(qū)只種植一種作物時，某一輪灌組流量可按式（4-12）計算。

（2）當(dāng)輪灌組內(nèi)種植多種作物，而且不同作物的灌水時間重合時，按式（4-13）計算綜合灌水定額：

則輪灌組流量為：

其余符號意義同前。

【計算示例4-2】

（1）某蘋果園小管出流灌溉系統(tǒng)，利用井水灌溉，井出水量為85m3/h，設(shè)計灌水定額30mm，設(shè)計小管出流器流量45L/h，該蘋果面積1000畝，蘋果樹株行距4m×5m，每株樹安裝1個出流器，該灌溉系統(tǒng)采用輪灌，灌溉系統(tǒng)每天工作20h，灌水周期12d。試確定該小管出流灌溉系統(tǒng)輪灌組數(shù)目和需水流量。

解：已知：水源可供水流量Q供＝85m3/h，設(shè)計灌水定額m＝30mm，灌水器流量qd＝45L/h，灌溉面積A＝1000/15＝66.7hm2，灌水周期12d，蘋果樹株距Sr＝4m，行距St＝5m。

①用式（4-6）計算一次延續(xù)時間：

②按式（4-10）計算輪灌組數(shù)目：

③按式（4-12）計算系統(tǒng)供水流量：

計算結(jié)果表明水源可供水量滿足灌溉要求。

（2）某綠地面積35hm2。其中：草坪10hm2，灌木林5hm2，喬木林20hm2。計劃采用噴灌，設(shè)計植物耗水強度為草坪6.5mm，灌木5.0mm，喬木4.0mm。該噴灌系統(tǒng)以雨水為水源，經(jīng)計算，設(shè)計年灌溉季節(jié)各種植物耗水強度和綜合噴灌耗水強度如算例表4-1，灌水周期15d，一次灌水延續(xù)時間8h，雨水調(diào)蓄后可滿足不同時段噴灌需水流量要求，試確定噴灌系統(tǒng)輪灌組數(shù)目和流量。

解：

①確定設(shè)計噴灌耗水強度。由表4-1知，10月噴灌耗水強度E10＝2.8mm最大，以此作為設(shè)計噴灌耗水強度。

②計算設(shè)計綜合灌水定額。已知設(shè)計灌水周期T＝15d

mz＝EdT＝2.8×15＝42mm

③用式（4-10）計算輪灌組數(shù)目。噴灌系統(tǒng)每天工作小時數(shù)C＝16h，灌水周期T＝15d，則：

④計算輪管組流量。每個輪灌組面積，引用式（4-12）計算噴灌系統(tǒng)流量：

四、隨機供水流量的計算

（一）取水口的用水概率

任一取水口的用水概率p指取水口控制面積需要的水量與取水口提供的水量之比，計算式（4-15）為：

設(shè)計灌水率可按式（4-16）計算：

將式（4-16）代入式（4-15），并設(shè)為取水口利用率，則式（4-14）變?yōu)椋?/p>

為了滿足取水的隨意性，管網(wǎng)中相同規(guī)格取水口的開啟幾率均應(yīng)小于1，即管網(wǎng)進口閘閥可供水量應(yīng)大于其控制面積要求的水量。p愈小，隨機性愈大，但管網(wǎng)流量亦隨之增大。

（二）管網(wǎng)中相同等級取水口的平均開啟率

同級取水口開啟率由式（4-18）確定。

（三）系統(tǒng)設(shè)計流量

取水口隨機開啟數(shù)目X符合正態(tài)分布函數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)中少于或最多有X個取水口同時開啟的累積概率為：

累積概率P表示同時開啟的取水口不超過某一數(shù)目（或流量不超過某一數(shù)值）出現(xiàn)的機會，反映了其供水保證程度，可稱為系統(tǒng)流量設(shè)計保證率。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)灌區(qū)規(guī)模大小、設(shè)置的取水口數(shù)目、作物對水分的敏感程度以及整個工程的重要程度等因素合理地確定設(shè)計流量保證率P。管網(wǎng)愈大，取水口愈多，P值可愈小，但一般以不低于80%為宜；當(dāng)取水口數(shù)目n≤5時，取P＝100%，此時Qd＝nQd口。

隨機變量U值可根據(jù)P值從標準正態(tài)分布函數(shù)見表4-1中查取。

如果已知隨機變量U值，則由式（4-19）得到同時開啟的取水口個數(shù)：

當(dāng)灌溉工程隨機供水時采用相同規(guī)格的取水口，則系統(tǒng)設(shè)計流量的計算式（4-22）為：

對于管網(wǎng)中某k段干管的設(shè)計流量計算式（4-23）為：

當(dāng)灌溉工程采用不同規(guī)格取水口時，系統(tǒng)設(shè)計流量的計算式（4-24）為：

【計算示例4-3】

某微灌系統(tǒng)采用隨機供水，灌溉面積57hm2，干管上有19個取水口。每個取水口控制面積3hm2，設(shè)計灌水率qs＝1.177m3/（h·hm2），取水口設(shè)計流量Qd口＝36m3/h。試計算系統(tǒng)設(shè)計流量。

解：

已知：取水口利用率r＝0.667；系統(tǒng)流量設(shè)計保證率P＝0.95；隨機變量U＝1.645。

（1）按式（4-15）計算取水口用水概率：

則取水口不開啟概率為：

p′＝1-p＝1-0.147＝0.853

（2）按式（4-21）計算取水口可能開啟的最大數(shù)目：

取X＝6

（3）計算系統(tǒng)設(shè)計流量：

Qd＝XQd口＝6×36＝216m/h