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摘要[目的]研究在机采棉种植模式下不同滴灌布的布置方式，对棉花生长的影响。[方法]采用大田试验法，分别选取3个灌水小区，以机采棉种植模式下滴灌系统中的滴头作为研究对象，各灌水小区内布设相同滴头设计流量下的两种不同滴灌布置方式。滴头设计流量分别为1.8、2.6和3.0 L/h；支管管径分别为75和90 mm，3种滴灌带的管径均为16 mm，滴头距均为30 cm。从毛管进口处开始依次为A、B、C、D、E分别计算出5点处的毛管水头，计算出管道系统压力，从而筛选出最适合机采棉种植模式下的最佳滴灌带布置方式。[结果]不同滴头设计流量和不同滴灌带布置方式下，毛管上的工作水头和系统工作压力存在明显差异。认为在设计条件下最佳模式应为1膜2管布置方式，滴头流量为2.6 L/h。[结论]在此种布置方式下棉花对水分的利用率达到最高，可以起到节水、增产的效果。
关键词滴灌带布置方式； 机采棉；滴头流量；水头；压力
中图分类号S225.91+1文献标识码A文章编号0517-6611（2015）30-340-02
随着近几年国内劳动力成本持续上升新疆特大棉花生产基地的机械化、集约化经营模式的优势日益突显。要保持新疆棉花产业发展稳定，全面推广机采棉已成为必然选择。自2010年以来，新疆机采棉种植、采收发展很快，兵团北疆机采棉已达到50%，部分团场达到70%，地方机采模式种植已占60%以上，机采棉面积逐年增加，2013年机采面积已达到6.67万hm2。
新疆目前正在应用的较典型的种植模式分别为传统模式、机采模式与超宽膜模式。各种植模式下又有不同的滴灌带布置方式，机采棉种植模式下的滴灌带布置方式大致可以分为1膜2管和1膜3管两种。在同一种种植模式下，不同滴灌带布置方式对棉花需水要求和生长状况的影响存在一定的差异。在同一滴灌带布置方式下，滴灌带滴头的流量不同，对棉花生长状况，毛管上的水头，管道系统压力、水头损失的影响也不相同。针对这些问题，笔者对不同滴灌带布置方式下的毛管水头及管道系统压力进行了计算，分析出不同滴灌带布置方式、不同滴头流量下滴灌带毛管水头，管道系统压力等对棉花生长状况的影响。
1试验区概况
试验地点设在新疆生产建设兵团农八师石河子市郊区，石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验站，东经85°59’47″，北纬44°19’28″，海拔412 m，平均地面坡度为6%。地处噶尔盆地西南缘天山北麓中段，属中温带大陆性干旱气候，年均日照时间为 2 865 h，多年平均降雨量为207 mm，平均蒸发量为1 660 mm，其中大于10 ℃积温为3 463.5 ℃，大于15 ℃积温为2 960.0 ℃，而无霜期为170 d。年平均风速为1.5 m/s，静风占32%，偏南风占22%，偏北风占15%，偏东风占14%，偏西风17%，主要农作物为棉花、小麦、玉米，一年一熟。
2材料与方法
2.1材料滴头是滴灌系统的核心，一个滴灌系统工作的好坏，最终由滴头施水性能来体现。试验进行前，进行了广泛的调查，最终选取农八师大田滴灌系统使用较多的3种不同类型滴头滴灌带作为研究对象，以使试验具有广泛代表性。
2.2方法在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验站大田试验中，选取3个灌水小区作为研究对象，各灌水小区内布设相同滴头设计流量下的两种不同滴灌带布置方式。3种滴灌带的管径均为16 mm，滴头间距均为30 cm，滴头设计流量分别为1.8、2.6和3.0 L/h，支管管径分别为75、90 mm。将滴灌带均分成五个点，从毛管进口处开始依次为A、B、C、D、E，分别计算出5点处的毛管水头，进而计算出管道的系统压力。
3系统管道的水力计算
3.1毛管极限孔数水平毛管的极限孔数根据《规范》中的4.3.6式计算。
Nm=INT5.446（Δh1）d4.755kSqd1.750.364
式中：Nm为毛管的极限分流孔数；[Δh1]为毛管允许水头偏差，m；k为水头损失扩大系数，取1.1； S为毛管上分流孔间距，0.3 m；qd为水器设计流量，L/h。
3.2毛管进口工作压力计算公式如下。
h0毛=hd+Rkfsqd1.75（N-0.52）2.7552.75d4.75+kfs0（Nq）1.755d4.75
式中：hd为滴灌带的工作水头，取10 m；R为平均磨损比，取0.73。
3.3毛管水头损失
h毛=kfSqd5db（N+0.48）m+15m+1-Nm1-S05Se
其中：h毛为等距多孔管水头损失，m；f、m、b分别为摩阻系数，流量指数和管径系数，采用微管聚乙烯管时分别为0.505，1.75，4.75；N为出水孔个数； So进口至首孔的间距，m；K为损失扩大系数，取值1.1。
根据毛管进口工作压力和毛管水头损失，分别计算出毛管上A、B、C、D、E、5个点处的工作水头。
3.4管道系统总水头损失
hf=kfQ支mL5db
总水头损失中包括沿程水头损失和局部水头损失，管道的局部水头损失值较小，约占沿程水头损失的 5%～10%，利用管道水头损失的扩大系数k修正，k取1.1。
4结果与分析
利用水利计算公式，分别计算出不同滴头设计流量下毛管各处工作压力水头（表1）。
表1毛管水头与滴头流量之间的关系
流量
L/h5水头∥mA 5 B 5 C 5 D 5 E 1.8511.39 5 11.30 5 10.79 5 9.565 7.29 2.65 11.396 5 11.316510.926 59.98658.3163.0511.405 11.34 5 10.99 510.1558.61 从表1可以看出，在不同滴头设计流量下毛管首尾处的水头也各不相同，在相同滴头设计流量下，毛管上各点处的水头随滴头设计流量的变化，呈近似于线性变化的趋势，毛管上两点间的水头损失随着水头的减小，而呈现增大的趋势。当Q=1.8 L/h时，毛管进口水头与末端水头之间的水头损失占毛管进口水头的36%；当Q=2.6 L/h时，毛管进口水头与末端水头之间的水头损失占毛管进口水头的27%；当Q=3.0 L/h时，毛管进口水头与末端水头之间的水头损失占毛管进口水头的24.5%，随着滴头设计流量的增大，毛管水头损量逐渐的减小。不同滴头设计流量下毛管上各点的水头损失差距较大，为了提高管道水的利用效率，应选择适宜的滴头设计流量。
从以上的数据分析中可以看出，滴头设计流量越大，毛管水头损失越小，但考虑到管道系统压力对管道质量和首部枢纽压力的要求，应选取滴头设计流量Q=2.6 L/h较为合适。
利用水力计算公式，分别计算出了不同滴灌带布置方式、不同滴头设计流量下管道的系统压力（表2）。
表2 系统压力与滴头流量的关系MPa布置方式5流量∥L/h 1.8 5 2.6 5 3.0 1膜2管5 0.162 5 0.1705 0.176 1膜3管 5 0.203 5 0.22450.235注：表中数据是在支管管径外径取75 mm时的压力情况。
从表2可以看出，在不同滴灌带布置方式下，管道系统压力差距明显。1膜2管布置方式下，随着滴头设计流量的增大，管道系统压力呈增大的趋势，但变化较小，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的8%；而1膜3管布置方式下，随着滴头设计流量的增大，管道系统压力变化明显，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的13%。在相同滴头设计流量下，1膜3管布置方式下管道的系统压力明显高于1膜2管布置方式。
从数据分析可知，在满足作物灌溉需水条件下，1膜2管布置方式对管道的压力需求较低，对管道的质量要求也相对低一些，灌水过程中水头损失也较小。在同一滴灌带布置方式下，滴头设计流量增大，管道系统压力也相应的增大，但滴头设计流量较小时，有可能造成低压运行，使毛管末端水头达不到灌溉水的要求，起不到有效灌水作用，因此，应选择滴头设计流量相对较大一点的。
试验过程中管道管径不同，在同一滴灌带布置方式、相同滴头设计流量下，管道系统压力也存在较大的差异。因此分别计算出了不同滴灌带布置方式、不同滴头设计流量下管道的系统压力（表3）。
表3压力与滴头流量的关系MPa布置方式5流量∥L/h 1.8 5 2.6 5 3.0 1膜2管5 0.142 5 0.1465 0.149 1膜3管 5 0.165 5 0.17550.182注：表中数据是在支管管径外径取90 mm时的压力情况。
从表3中可以看出，在相同滴灌带布置方式下，随着流量的增大，管道系统压力呈近似线性变化。1膜2管布置方式下，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的4.7%，而1膜3管布置方式下，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的9%。
与表2相比可知，管道管径不同，管道系统压力存在差距，在同一滴灌带布置方式下，随着管径的增大，相同滴头设计流量下的系统压力减小，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的百分比也减小，管道的水头损失也相应的减小。
关键词滴灌带布置方式； 机采棉；滴头流量；水头；压力
中图分类号S225.91+1文献标识码A文章编号0517-6611（2015）30-340-02
随着近几年国内劳动力成本持续上升新疆特大棉花生产基地的机械化、集约化经营模式的优势日益突显。要保持新疆棉花产业发展稳定，全面推广机采棉已成为必然选择。自2010年以来，新疆机采棉种植、采收发展很快，兵团北疆机采棉已达到50%，部分团场达到70%，地方机采模式种植已占60%以上，机采棉面积逐年增加，2013年机采面积已达到6.67万hm2。
新疆目前正在应用的较典型的种植模式分别为传统模式、机采模式与超宽膜模式。各种植模式下又有不同的滴灌带布置方式，机采棉种植模式下的滴灌带布置方式大致可以分为1膜2管和1膜3管两种。在同一种种植模式下，不同滴灌带布置方式对棉花需水要求和生长状况的影响存在一定的差异。在同一滴灌带布置方式下，滴灌带滴头的流量不同，对棉花生长状况，毛管上的水头，管道系统压力、水头损失的影响也不相同。针对这些问题，笔者对不同滴灌带布置方式下的毛管水头及管道系统压力进行了计算，分析出不同滴灌带布置方式、不同滴头流量下滴灌带毛管水头，管道系统压力等对棉花生长状况的影响。
1试验区概况
试验地点设在新疆生产建设兵团农八师石河子市郊区，石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验站，东经85°59’47″，北纬44°19’28″，海拔412 m，平均地面坡度为6%。地处噶尔盆地西南缘天山北麓中段，属中温带大陆性干旱气候，年均日照时间为 2 865 h，多年平均降雨量为207 mm，平均蒸发量为1 660 mm，其中大于10 ℃积温为3 463.5 ℃，大于15 ℃积温为2 960.0 ℃，而无霜期为170 d。年平均风速为1.5 m/s，静风占32%，偏南风占22%，偏北风占15%，偏东风占14%，偏西风17%，主要农作物为棉花、小麦、玉米，一年一熟。
2材料与方法
2.1材料滴头是滴灌系统的核心，一个滴灌系统工作的好坏，最终由滴头施水性能来体现。试验进行前，进行了广泛的调查，最终选取农八师大田滴灌系统使用较多的3种不同类型滴头滴灌带作为研究对象，以使试验具有广泛代表性。
2.2方法在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验站大田试验中，选取3个灌水小区作为研究对象，各灌水小区内布设相同滴头设计流量下的两种不同滴灌带布置方式。3种滴灌带的管径均为16 mm，滴头间距均为30 cm，滴头设计流量分别为1.8、2.6和3.0 L/h，支管管径分别为75、90 mm。将滴灌带均分成五个点，从毛管进口处开始依次为A、B、C、D、E，分别计算出5点处的毛管水头，进而计算出管道的系统压力。
3系统管道的水力计算
3.1毛管极限孔数水平毛管的极限孔数根据《规范》中的4.3.6式计算。
Nm=INT5.446（Δh1）d4.755kSqd1.750.364
式中：Nm为毛管的极限分流孔数；[Δh1]为毛管允许水头偏差，m；k为水头损失扩大系数，取1.1； S为毛管上分流孔间距，0.3 m；qd为水器设计流量，L/h。
3.2毛管进口工作压力计算公式如下。
h0毛=hd+Rkfsqd1.75（N-0.52）2.7552.75d4.75+kfs0（Nq）1.755d4.75
式中：hd为滴灌带的工作水头，取10 m；R为平均磨损比，取0.73。
3.3毛管水头损失
h毛=kfSqd5db（N+0.48）m+15m+1-Nm1-S05Se
其中：h毛为等距多孔管水头损失，m；f、m、b分别为摩阻系数，流量指数和管径系数，采用微管聚乙烯管时分别为0.505，1.75，4.75；N为出水孔个数； So进口至首孔的间距，m；K为损失扩大系数，取值1.1。
根据毛管进口工作压力和毛管水头损失，分别计算出毛管上A、B、C、D、E、5个点处的工作水头。
3.4管道系统总水头损失
hf=kfQ支mL5db
总水头损失中包括沿程水头损失和局部水头损失，管道的局部水头损失值较小，约占沿程水头损失的 5%～10%，利用管道水头损失的扩大系数k修正，k取1.1。
4结果与分析
利用水利计算公式，分别计算出不同滴头设计流量下毛管各处工作压力水头（表1）。
表1毛管水头与滴头流量之间的关系
流量
L/h5水头∥mA 5 B 5 C 5 D 5 E 1.8511.39 5 11.30 5 10.79 5 9.565 7.29 2.65 11.396 5 11.316510.926 59.98658.3163.0511.405 11.34 5 10.99 510.1558.61 从表1可以看出，在不同滴头设计流量下毛管首尾处的水头也各不相同，在相同滴头设计流量下，毛管上各点处的水头随滴头设计流量的变化，呈近似于线性变化的趋势，毛管上两点间的水头损失随着水头的减小，而呈现增大的趋势。当Q=1.8 L/h时，毛管进口水头与末端水头之间的水头损失占毛管进口水头的36%；当Q=2.6 L/h时，毛管进口水头与末端水头之间的水头损失占毛管进口水头的27%；当Q=3.0 L/h时，毛管进口水头与末端水头之间的水头损失占毛管进口水头的24.5%，随着滴头设计流量的增大，毛管水头损量逐渐的减小。不同滴头设计流量下毛管上各点的水头损失差距较大，为了提高管道水的利用效率，应选择适宜的滴头设计流量。
从以上的数据分析中可以看出，滴头设计流量越大，毛管水头损失越小，但考虑到管道系统压力对管道质量和首部枢纽压力的要求，应选取滴头设计流量Q=2.6 L/h较为合适。
利用水力计算公式，分别计算出了不同滴灌带布置方式、不同滴头设计流量下管道的系统压力（表2）。
表2 系统压力与滴头流量的关系MPa布置方式5流量∥L/h 1.8 5 2.6 5 3.0 1膜2管5 0.162 5 0.1705 0.176 1膜3管 5 0.203 5 0.22450.235注：表中数据是在支管管径外径取75 mm时的压力情况。
从表2可以看出，在不同滴灌带布置方式下，管道系统压力差距明显。1膜2管布置方式下，随着滴头设计流量的增大，管道系统压力呈增大的趋势，但变化较小，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的8%；而1膜3管布置方式下，随着滴头设计流量的增大，管道系统压力变化明显，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的13%。在相同滴头设计流量下，1膜3管布置方式下管道的系统压力明显高于1膜2管布置方式。
从数据分析可知，在满足作物灌溉需水条件下，1膜2管布置方式对管道的压力需求较低，对管道的质量要求也相对低一些，灌水过程中水头损失也较小。在同一滴灌带布置方式下，滴头设计流量增大，管道系统压力也相应的增大，但滴头设计流量较小时，有可能造成低压运行，使毛管末端水头达不到灌溉水的要求，起不到有效灌水作用，因此，应选择滴头设计流量相对较大一点的。
试验过程中管道管径不同，在同一滴灌带布置方式、相同滴头设计流量下，管道系统压力也存在较大的差异。因此分别计算出了不同滴灌带布置方式、不同滴头设计流量下管道的系统压力（表3）。
表3压力与滴头流量的关系MPa布置方式5流量∥L/h 1.8 5 2.6 5 3.0 1膜2管5 0.142 5 0.1465 0.149 1膜3管 5 0.165 5 0.17550.182注：表中数据是在支管管径外径取90 mm时的压力情况。
从表3中可以看出，在相同滴灌带布置方式下，随着流量的增大，管道系统压力呈近似线性变化。1膜2管布置方式下，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的4.7%，而1膜3管布置方式下，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的9%。
与表2相比可知，管道管径不同，管道系统压力存在差距，在同一滴灌带布置方式下，随着管径的增大，相同滴头设计流量下的系统压力减小，最大滴头设计流量与最小滴头设计流量之间的压差占最大滴头设计流量压力的百分比也减小，管道的水头损失也相应的减小。