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　　一、引論

　　滴灌的支管單元、毛管和灌水器的水力學(xué)特性，不但影響到滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而且也影響到滴灌材料的研究和發(fā)展方向。在第一部分《滴灌系統(tǒng)的水力學(xué)特性與材料發(fā)展方向: I水力學(xué)特性》中，作者論述了對滴灌材料的研究和發(fā)展方向有影響的水力學(xué)特性：（1）層流灌水器的流量對壓力最敏感，全紊流灌水器對壓力較敏感，全壓力補(bǔ)償式灌水器的流量與壓力沒有關(guān)系，半紊流式灌水器的流量對壓力的敏感程度介于層流灌水器和全紊流灌水器之間，部分壓力補(bǔ)償式灌水器的流量對壓力的敏感程度介于全壓力補(bǔ)償式灌水器和全紊流灌水器之間；（2）灌水器的流量大小影響水分在土壤內(nèi)的濕潤半徑和濕潤深度，對于同一種土壤，如果灌水量一定，灌水器流量大，濕潤半徑大，深度小，灌水器流量小，濕潤半徑小，深度大；（3）毛管的灌水均勻度受毛管內(nèi)徑、長度和坡度的綜合影響，增大毛管內(nèi)徑或減少毛管長度，灌水均勻度可能會(huì)增加，也可能會(huì)降低，對于要求的平均灌水器流量，毛管的內(nèi)徑和長度存在多解現(xiàn)象；（4）支管單元的灌水均勻度在受毛管內(nèi)徑、長度和坡度的綜合影響的同時(shí)，還受毛管內(nèi)徑或長度、支管內(nèi)徑或長度的協(xié)同性影響，毛管和支管的參數(shù)都存在著多解的現(xiàn)象；（5）灌水器的流量的大小決定滴灌系統(tǒng)的毛管、支管和主管的尺寸。

　　在這篇文章中，作者將討論這些水力學(xué)特性對滴灌材料發(fā)展方向的影響。

　　二、灌水器

　　1、灌水器的類型

　　從水力學(xué)的角度，全紊流灌水器的抗堵塞性最強(qiáng)，同時(shí)對壓力不太敏感，如壓力增加1倍，流量增加0.414倍，壓力降低1倍，流量減少0.293倍，在滿足要求的平均灌水器流量和灌水均勻度的條件下，一般采用全紊流式灌水器的滴灌系統(tǒng)的管材和管件的內(nèi)徑要比采用半紊流尤其是層流灌水器的滴灌系統(tǒng)的管材和管件的內(nèi)徑要小，所以從抗堵塞性、灌水均勻度和降低材料投資費(fèi)用的角度出發(fā)，全紊流灌水器比較好。層流灌水器的抗堵塞性最差，而且對壓力最敏感，如壓力增加1倍，灌水器的流量增加1倍，壓力降低1倍，灌水器的流量減少1倍，所以從抗堵塞性和均勻度的角度考慮，層流灌水器都不好。

　　但是，滴灌水在土壤內(nèi)的分布受灌水器流量、土壤水分傳導(dǎo)率和擴(kuò)散率的影響。對于同一種土壤，如果灌水量一定，灌水器流量大，濕潤半徑大，深度小，灌水器流量小，濕潤半徑小，深度大。我國的土壤類型很多，作物的多樣性導(dǎo)致根系分布的類型也很多，要開發(fā)出滿足每一種類型的土壤和作物根系分布特點(diǎn)要求的*灌水器流量的灌水器是不可能的，所以往往要求通過水力學(xué)的設(shè)計(jì)(選擇壓力)來滿足*灌水器流量的要求。因此，從水力學(xué)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，要求灌水器對壓力要有一定的敏感性。半紊流灌水器和全紊流灌水器具有這個(gè)特點(diǎn)。

　　壓力補(bǔ)償式灌水器對壓力很不敏感（部分壓力補(bǔ)償式灌水器）甚至在允許的最高和最低壓力范圍內(nèi)跟壓力沒有關(guān)系（完全壓力補(bǔ)償式灌水器），這類灌水器的*優(yōu)點(diǎn)是對地形的適應(yīng)能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)工作簡單。但是，我國的土壤類型很多，作物根系的分布特點(diǎn)不盡相同，加上這種灌水器的開發(fā)難度很大，而且很難生產(chǎn)出滿足每一種土壤和作物根系要求的*灌水器流量的灌水器，設(shè)計(jì)者又很難（部分壓力補(bǔ)償式灌水器）甚至不能（完全壓力補(bǔ)償式灌水器）通過選擇操作壓力來滿足要求的*灌水器流量。這類灌水器的制造偏差也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非壓力補(bǔ)償式的灌水器。

　　近十幾年，許多國家傾向于發(fā)展壓力補(bǔ)償式灌水器，主要是考慮對復(fù)雜地形的適應(yīng)性和水力學(xué)設(shè)計(jì)的方便。由于一系列計(jì)算機(jī)化的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)由Kang等人研究了出來（Kang and Nishiyama，1996a、1996b、1997；Kang et al.， 1996；Kang et al.， 1999；康躍虎，1998a、1998b、1998c、1998d、1998e、1998f、1999a、1999b），而且這些設(shè)計(jì)方法將很快以計(jì)算機(jī)軟件的形式向微灌設(shè)計(jì)者們提供，一般懂得一些灌溉知識的人只要稍加培訓(xùn)，就能利用這些軟件幾乎在任何地形條件上（除非坡度太大或非均勻坡度的變化太大），根據(jù)要求的平均灌水器流量和灌水均勻度，準(zhǔn)確、快速的設(shè)計(jì)出利用非壓力補(bǔ)償式灌水器的滴灌系統(tǒng)。如Kang在研究中發(fā)現(xiàn)，在30°的下坡地形上利用合適的全紊流灌水器，也可以設(shè)計(jì)出灌水均勻度達(dá)到0.90的微灌系統(tǒng)，而且這時(shí)材料的費(fèi)用要比平地上或小坡度上低得多（毛管的內(nèi)徑很?。?。所以，除了特殊需要、橡塑混合多孔管（滲灌管）外，少發(fā)展層流或接近于層流的灌水器和由層流或接近于層流的灌水器構(gòu)成的滴灌帶（管），重點(diǎn)發(fā)展半紊流和全紊流灌水器或由半紊流和全紊流灌水器構(gòu)成的滴灌帶，適當(dāng)發(fā)展一些適合我國典型土壤類型的壓力補(bǔ)償式灌水器。

　　2、灌水器的流量

　　對于任何非壓力補(bǔ)償式的灌水器，從原理上講都可以通過調(diào)節(jié)灌水器的操作壓力讓它產(chǎn)生要求的灌水器流量，但在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)以下的問題：（1）灌水器的操作壓力超過允許的最高壓力或低于允許的最低壓力，造成灌水器工作不良；（2）操作壓力沒有超過灌水器的允許最高壓力，但超過了毛管允許的最高壓力，系統(tǒng)不安全；（3）如果灌水器的流量太大，而要求的平均灌水器流量太低，在坡度較大的情況下或非均勻坡度上，若操作壓力調(diào)的太低，在系統(tǒng)內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓或無法達(dá)到均勻度的要求，無法使系統(tǒng)產(chǎn)生要求的平均灌水器流量；（4）如果灌水器的流量太小，而要求的平均灌水器流量較大，需要的操作壓力太大，雖然可能沒有超過系統(tǒng)允許的最高壓力，但因?yàn)椴僮鲏毫μ叨黾酉到y(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

　　對于壓力補(bǔ)償式的灌水器，很難（部分壓力補(bǔ)償式灌水器）或無法（完全壓力補(bǔ)償式灌水器）通過壓力的調(diào)節(jié)來達(dá)到要求的平均灌水器流量。

　　有關(guān)灌水器流量系列的問題，國內(nèi)外研究的都不徹底。一般來講，對于滲透性差的土壤，要求的灌水器流量比較小，否則會(huì)導(dǎo)致橫向擴(kuò)散的范圍太大而垂直入滲的深度太小，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)地面積水或形成徑流，造成土面蒸發(fā)量的增加、土壤的通氣性變壞和水的浪費(fèi)等不良后果。如果土壤的滲透系數(shù)太大，如在沙地上，若灌水器的流量太小，橫向擴(kuò)散的范圍會(huì)太小，而垂直入滲的深度太大，造成對作物根系橫向發(fā)展的限制，或深層滲漏太多。

　　由于灌水器的流量的大小還決定滴灌系統(tǒng)的管材和管件的尺寸，而管材和管件的尺寸之間有一定的間隔，所以若灌水器的流量間隔太大，該選擇小流量的灌水器時(shí)沒有小流量的灌水器，而選擇了流量大的灌水器，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩種情況：（1）通過壓力的調(diào)節(jié)達(dá)到要求的平均灌水器流量和灌溉均勻度的要求，系統(tǒng)的操作壓力會(huì)降低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用（能耗）降低，對用戶有利；（2）如果通過壓力的調(diào)節(jié)滿足不了灌水器流量和均勻度的要求，不但會(huì)影響土壤的濕潤范圍，而且必須要選擇內(nèi)徑大的毛管、支管、主管和各種管件，系統(tǒng)的投資費(fèi)用增加很多。

　　一般來講，在推薦的工作壓力條件下，要求單個(gè)灌水器的流量在0.2～10 l/h的范圍內(nèi)流量的間隔要足夠小。

　　3、灌水器的操作壓力

　　灌水器的操作壓力與灌水器的設(shè)計(jì)流量有關(guān)，它直接影響系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。操作壓力低，系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，操作壓力高，系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。操作壓力低，對材料強(qiáng)度的要求低，生產(chǎn)成本也可能低，操作壓力高，材料的強(qiáng)度要求高，生產(chǎn)成本可能高。流量一定的條件下，灌水器所需的操作壓力的高低由制造廠家所設(shè)計(jì)的灌水器水流通道的大小和水流通道的長短決定。

　　在非常平整的土地上，灌水器的操作壓力低一些比較好，因?yàn)檫@時(shí)系統(tǒng)的操作費(fèi)用（能耗）低。但在大多數(shù)條件下，要求有一定的工作壓力，這是因?yàn)椋?/p>

　?。?）一般的土地都有一定的高差，灌水器的推薦工作壓力必需克服這些高差，否則很難使系統(tǒng)達(dá)到灌水均勻度的要求；（2）在平地上如果操作壓力太低，要達(dá)到灌水均勻度的要求，就必須要增大管材的內(nèi)徑，減少水力學(xué)摩擦損失，從而導(dǎo)致投資費(fèi)用的增加；（3）在坡地（包括非均勻坡度的坡地）上，如果操作壓力達(dá)不到一定的程度，無法設(shè)計(jì)出滿足要求的平均灌水器流量和灌水器均勻度的滴灌系統(tǒng)；（4）操作壓力小，毛管的設(shè)計(jì)長度相對要小。

　　所以，一般要求在2～25米的操作壓力水頭的范圍內(nèi)，將灌水器分為低壓、常壓和高壓等若干類型，而且操作壓力的間隔不能太大。

　　4、灌水器的間距

　　作物的株距不同，要求灌水器的間距也不同。另外，沿毛管的灌水器的濕潤范圍重跌以后，田間效應(yīng)使灌溉水在土壤內(nèi)部的均勻度有所提高，尤其在遇到灌水器堵塞時(shí)，可以使灌水均勻度的降低有所緩和。

　　如果采用管上式灌水器，這個(gè)矛盾好解決，因?yàn)樵O(shè)計(jì)安裝者能夠根據(jù)作物株距的要求來安裝灌水器。如果采用滴灌管或滴灌帶，灌水器的間距是由制造廠家作好的，用戶不能調(diào)節(jié)。所以，為了滿足作物栽培的需要，灌水器的間距要多。

　　一般，灌水器的間距要求在10～100 cm的范圍內(nèi)要足夠多。

　　三、毛管

　　1、毛管內(nèi)徑

　　由于微灌毛管的灌水均勻度受毛管的內(nèi)徑、長度和坡度的綜合影響，增大毛管的內(nèi)徑或減少毛管的長度，灌水均勻度可能會(huì)增加，也可能會(huì)降低。對于要求的平均灌水器流量，毛管的內(nèi)徑和長度存在多解現(xiàn)象。為了能夠在不同的地形條件下設(shè)計(jì)出滿足要求的平均灌水器流量和灌水均勻度，同時(shí)系統(tǒng)的材料組合和連接比較簡單、系統(tǒng)的投資費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用（能耗）低，需要毛管的內(nèi)徑要足夠多。

　　在我國北方，日光溫室是冬季蔬菜、花卉和其它經(jīng)濟(jì)作物栽培的主要設(shè)施。在日光溫室中使用滴灌，具有許多優(yōu)點(diǎn)，而且效益高，投資回收快，農(nóng)民容易接受。一般日光溫室內(nèi)作物栽培行的長度在5～10米的范圍，所以內(nèi)徑比較小的毛管就能滿足均勻度的要求。同時(shí)，采用內(nèi)徑比較小的毛管可以降低系統(tǒng)的投資。

　　一般，毛管的內(nèi)徑最好在8～25 mm的范圍要足夠多。

　　2、毛管的壁厚

　　一般情況下，毛管的價(jià)格與毛管的壁厚成正比。對于高壓、使用壽命長的毛管，壁要求厚一些，低壓、使用壽命短的毛管，壁要求薄一些。

　　堵塞是滴灌的*缺點(diǎn)。通常情況下，通過采用適當(dāng)?shù)?、目?shù)比較高的過濾器，基本上能夠防止物理堵塞，但還不能有效的預(yù)防生物堵塞和化學(xué)堵塞。所以，對于溫室和部分大田經(jīng)濟(jì)作物栽培用的滴灌系統(tǒng)來說，薄壁、低壓、價(jià)格低、使用壽命短的滴灌帶比較好，這樣在大量的灌水器堵塞以前，就可以將滴灌帶更換成新的。對于果園和多年生的大田經(jīng)濟(jì)作物栽培，厚壁、中高壓、使用壽命長的毛管（滴管帶）比較好。

　　一般，滴灌帶（管）的壁厚要在0.1～1.0 mm的范圍內(nèi)足夠多。為便于安裝灌水器，管上式灌水器的滴灌系統(tǒng)的毛管，壁適當(dāng)厚一些。

　　四、支管

　　由于微灌支管單元的灌水均勻度在受毛管的內(nèi)徑、長度和坡度綜合影響的同時(shí)，還受支管的內(nèi)徑或長度的影響，毛管和支管的設(shè)計(jì)參數(shù)都存在多解現(xiàn)象，所以，為了能保證在任何地形條件下，根據(jù)要求的平均灌水器流量和灌水均勻度設(shè)計(jì)出投資費(fèi)用和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用（能耗）低的滴灌系統(tǒng)，要求支管的內(nèi)徑和耐壓等級也要多。

　　一般，支管的內(nèi)徑要在21～90 mm的范圍內(nèi)足夠多。

　　五、管件

　　管件直接影響到滴灌系統(tǒng)的安裝效率和系統(tǒng)的維修。目前，我國生產(chǎn)滴灌PE管配套管件的廠家少，快速連接管件的生產(chǎn)廠家更少，而且價(jià)格昂貴，63 mm以上尺寸的快速連接管件基本上沒有。

　　管件必須要和管材的尺寸配合，有足夠的序列。

　　六、小節(jié)

　　在這篇文章中，作者根據(jù)滴灌系統(tǒng)的水力學(xué)特性，簡單論述了滴灌材料的發(fā)展方向：

　?。?）重點(diǎn)開發(fā)全紊流和半紊流灌水器和帶有全紊流和半紊流灌水器的滴灌帶（管），附帶開發(fā)一些適合典型土壤類型的壓力補(bǔ)償式灌水器和帶有壓力補(bǔ)償式灌水器的滴灌帶（管）。

　?。?）灌水器的流量在推薦的工作壓力下，單個(gè)灌水器的流量在0.2～10 l/h的范圍內(nèi)間隔要足夠小。

　?。?）在2～25米的操作壓力水頭的范圍內(nèi)，將灌水器分為低壓、常壓和高壓等若干類型，而且間隔不能太大。

　?。?）除多孔管外，地面滴灌和地下滴灌的灌水器的間距要足夠多。

　?。?）毛管的內(nèi)徑在8～25 mm的范圍內(nèi)要足夠多。

　?。?）滴灌帶（管）的壁厚在0.1～1.0 mm的范圍內(nèi)要足夠多。為便于安裝灌水器，管上式灌水器的滴灌系統(tǒng)的毛管，壁適當(dāng)厚一些。

　?。?）管材和管件的尺寸要足夠多。