第二节　喷微灌系统工作制度

一、概念

喷微灌系统工作制度是指喷微灌系统按照灌溉计划，从水源取水、输送、分配的工作方式，供水范围、供水流量，以及供水顺序的运行过程。

二、工作制度类型

喷微灌系统工作制度分为续灌、轮灌和随机供水三种。

1.续灌工作制度

续灌是对整个系统全部管道同时供水，对灌溉面积内所有作物同时灌水的一种工作制度。它的优点是每株作物都能得到适时灌水；灌溉供水时间短，有利于其他田间农事操作的安排。缺点是输配水干管流量大，增加工程的投资和灌溉成本；在水源流量小的地区可能会缩小灌溉面积。对于灌溉面积小、植物单一的喷微灌系统可以采用这种工作方式。

2.轮灌工作制度

轮灌是将支管分成若干组，由干管按一定的程序轮流向各组支管供水，工作支管向所属灌水器同时供水进行灌溉的一种工作制度，它要求各轮灌组的供水流量尽量接近。其优点是，可以减小工程投资，提高设备利用率，增加灌溉面积；缺点是，当轮灌组较多且分散时，手动操作较为麻烦。轮灌是喷微灌系统通常采用的一种工作制度，尤其是采用自动控制系统更显示出其优越性。

3.随机供水

当灌溉工程控制面积大，灌区内用水单位较多，作物的种类较多时，各用水单位和各种作物需要灌水的时间和用水量的不确定性较大，难以执行统一编制的轮灌制度，尤其是在经济价值高的蔬菜、花卉种植区，植物对水分敏性感强，如果强制规定供水时间，可能会使一些作物不能及时得到水分补充，一旦缺水将会造成较大的经济损失。为了满足各个用水户的取水需要，可将管网上各种取水口的启闭看作是一个个独立的随机事件，应用概率论的原理计算各取水口随机取水几率的工作制度。

三、轮灌组的划分与流量计算

（一）轮灌组划分原则

但采用轮灌工作制度时，轮灌组的划分应遵循下列原则：

（1）各轮灌组控制的面积应尽可能相等或接近，并使各轮灌组工作时，所需系统流量和水泵扬程尽量接近，使水泵工作稳定，处于高效率区运行，节省能耗。

（2）最大轮灌组流量不应大于水源可供流量。

（3）尽量减小输配水管道流量。

（4）当采用人工操作灌溉时，一个轮灌组管辖的范围宜相对集中连片，轮灌顺序应便于操作管理。

（5）对采用自动控制的喷微灌系统，可采取分散划分轮灌组，减小输配水管道流量，并均衡系统流量和水泵扬程，保持系统运行的稳定性，节约工程费用和能量。

（6）与作物田间管理协调。

（二）轮灌组数目的确定

轮灌组数目应根据喷微灌系统水量平衡条件按式（4-10）、式（4-11）计算确定。

取N≤Nmax

其余符号意义同前。

式（4-10）和式（4-11）是以水量平衡为基础建立的。在确定轮灌组数目时，还应考虑另一因素是，轮管组数与水源可供水流量和管网的布置应互相协调，因为喷微灌系统支管数常常不等于轮灌组数的倍数，或每个轮管组控制得面积差异过大，可导致轮灌组流量失衡，此时轮灌组数与管网的布置需要作适当调整。

（三）轮灌组流量计算

（1）当灌区只种植一种作物时，某一轮灌组流量可按式（4-12）计算。

（2）当轮灌组内种植多种作物，而且不同作物的灌水时间重合时，按式（4-13）计算综合灌水定额：

则轮灌组流量为：

其余符号意义同前。

【计算示例4-2】

（1）某苹果园小管出流灌溉系统，利用井水灌溉，井出水量为85m3/h，设计灌水定额30mm，设计小管出流器流量45L/h，该苹果面积1000亩，苹果树株行距4m×5m，每株树安装1个出流器，该灌溉系统采用轮灌，灌溉系统每天工作20h，灌水周期12d。试确定该小管出流灌溉系统轮灌组数目和需水流量。

解：已知：水源可供水流量Q供＝85m3/h，设计灌水定额m＝30mm，灌水器流量qd＝45L/h，灌溉面积A＝1000/15＝66.7hm2，灌水周期12d，苹果树株距Sr＝4m，行距St＝5m。

①用式（4-6）计算一次延续时间：

②按式（4-10）计算轮灌组数目：

③按式（4-12）计算系统供水流量：

计算结果表明水源可供水量满足灌溉要求。

（2）某绿地面积35hm2。其中：草坪10hm2，灌木林5hm2，乔木林20hm2。计划采用喷灌，设计植物耗水强度为草坪6.5mm，灌木5.0mm，乔木4.0mm。该喷灌系统以雨水为水源，经计算，设计年灌溉季节各种植物耗水强度和综合喷灌耗水强度如算例表4-1，灌水周期15d，一次灌水延续时间8h，雨水调蓄后可满足不同时段喷灌需水流量要求，试确定喷灌系统轮灌组数目和流量。

解：

①确定设计喷灌耗水强度。由表4-1知，10月喷灌耗水强度E10＝2.8mm最大，以此作为设计喷灌耗水强度。

②计算设计综合灌水定额。已知设计灌水周期T＝15d

mz＝EdT＝2.8×15＝42mm

③用式（4-10）计算轮灌组数目。喷灌系统每天工作小时数C＝16h，灌水周期T＝15d，则：

④计算轮管组流量。每个轮灌组面积，引用式（4-12）计算喷灌系统流量：

四、随机供水流量的计算

（一）取水口的用水概率

任一取水口的用水概率p指取水口控制面积需要的水量与取水口提供的水量之比，计算式（4-15）为：

设计灌水率可按式（4-16）计算：

将式（4-16）代入式（4-15），并设为取水口利用率，则式（4-14）变为：

为了满足取水的随意性，管网中相同规格取水口的开启几率均应小于1，即管网进口闸阀可供水量应大于其控制面积要求的水量。p愈小，随机性愈大，但管网流量亦随之增大。

（二）管网中相同等级取水口的平均开启率

同级取水口开启率由式（4-18）确定。

（三）系统设计流量

取水口随机开启数目X符合正态分布函数，当系统中少于或最多有X个取水口同时开启的累积概率为：

累积概率P表示同时开启的取水口不超过某一数目（或流量不超过某一数值）出现的机会，反映了其供水保证程度，可称为系统流量设计保证率。设计时应根据灌区规模大小、设置的取水口数目、作物对水分的敏感程度以及整个工程的重要程度等因素合理地确定设计流量保证率P。管网愈大，取水口愈多，P值可愈小，但一般以不低于80%为宜；当取水口数目n≤5时，取P＝100%，此时Qd＝nQd口。

随机变量U值可根据P值从标准正态分布函数见表4-1中查取。

如果已知随机变量U值，则由式（4-19）得到同时开启的取水口个数：

当灌溉工程随机供水时采用相同规格的取水口，则系统设计流量的计算式（4-22）为：

对于管网中某k段干管的设计流量计算式（4-23）为：

当灌溉工程采用不同规格取水口时，系统设计流量的计算式（4-24）为：

【计算示例4-3】

某微灌系统采用随机供水，灌溉面积57hm2，干管上有19个取水口。每个取水口控制面积3hm2，设计灌水率qs＝1.177m3/（h·hm2），取水口设计流量Qd口＝36m3/h。试计算系统设计流量。

解：

已知：取水口利用率r＝0.667；系统流量设计保证率P＝0.95；随机变量U＝1.645。

（1）按式（4-15）计算取水口用水概率：

则取水口不开启概率为：

p′＝1-p＝1-0.147＝0.853

（2）按式（4-21）计算取水口可能开启的最大数目：

取X＝6

（3）计算系统设计流量：

Qd＝XQd口＝6×36＝216m/h