李文軍，莫 彥，王振華，王建東，張彥群，龔時(shí)宏，李巧靈

（1. 石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水利研究所，北京100048；3. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)研究所，北京100081）

管道布置形式對(duì)毛管末端自動(dòng)沖洗閥水力性能的影響研究

李文軍1,2，莫 彥2，王振華1*，王建東3，張彥群2，龔時(shí)宏2，李巧靈2

（1. 石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水利研究所，北京100048；3. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)研究所，北京100081）

【目的】探究不同管道布置形式下毛管末端自動(dòng)沖洗閥水力性能的響應(yīng)規(guī)律，為沖洗閥在滴灌系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供理論依據(jù)?！痉椒ā吭O(shè)置3 種布置形式，分別為安裝在φ16PE 管末端（C1）、在1 條48 m 長(zhǎng)滴灌帶末端（C2）、在2 條48 m 長(zhǎng)滴灌帶并聯(lián)后的末端（C3）利用3D 打印加工了4 種規(guī)格沖洗閥，共計(jì)12 個(gè)處理，每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，研究管道布置形式對(duì)毛管末端自動(dòng)沖洗閥水力性能的影響?！窘Y(jié)果】在C2 和C3 布置形式下，單條毛管沖洗流速由0.82～1.03 m/s 降低到0.34～0.66 m/s，毛管進(jìn)口壓力H1和沖洗閥進(jìn)口壓力H2的差值分別為0.114～0.132 MPa 和0.047～0.088 MPa；相比于C2，C1 和C3 布置形式的自動(dòng)關(guān)閉所需毛管進(jìn)口壓力最小值H1min分別平均降低了74.8%和40.4%；當(dāng)沖洗時(shí)長(zhǎng)FD或沖洗水量FQ相同時(shí)，4 種規(guī)格沖洗閥所需的H1的大小順序?yàn)镃2＞C3＞C1；當(dāng)H2＜0.05 MPa，F(xiàn)D下降幅度較大，平均為999.75 s/MPa，當(dāng)H2＞0.05 MPa，F(xiàn)D下降幅度較慢，平均為164.7 s/MPa；無(wú)論管道布置形式，F(xiàn)D和FQ與H2成二次函數(shù)關(guān)系?！窘Y(jié)論】FD和FQ與H2相關(guān)，與管道布置形式無(wú)關(guān)；當(dāng)H2＞0.05 MPa 時(shí)，F(xiàn)D變化穩(wěn)定，沖洗效果比較均勻；多條毛管并聯(lián)后連接沖洗閥可以降低沖洗閥自動(dòng)關(guān)閉所需系統(tǒng)供壓，提高沖洗閥的適用性，但沖洗性能能否滿足沖洗要求還需要進(jìn)一步研究。

引黃滴灌；自動(dòng)沖洗閥；沖洗時(shí)長(zhǎng)；沖洗水量；沖洗流速

0 引 言?

【研究意義】采用含沙地表水作為滴灌水源，成為引黃灌區(qū)緩解水資源短缺的有效途徑之一[1]。我國(guó)甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等沿黃灌區(qū)的灌溉用水含沙量高，即使經(jīng)過(guò)沉沙池和多級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)仍然有大量的泥沙會(huì)進(jìn)入滴灌管道[2]，隨后會(huì)絮凝、附著在管道內(nèi)壁上，最終脫落后堵塞滴頭[3-6]。因此，滴頭堵塞問(wèn)題是制約黃河水滴灌的關(guān)鍵因素。定期對(duì)毛管進(jìn)行沖洗是一種簡(jiǎn)易、方便、有效的滴頭抗堵塞方法，適宜在引黃灌區(qū)大面積應(yīng)用與推廣[7]。

【研究進(jìn)展】毛管沖洗制度主要包括沖洗流速、沖洗頻率、沖洗時(shí)長(zhǎng)和沖洗水量等[8]。適宜的沖洗流速與沖洗頻率可實(shí)現(xiàn)管道中的泥沙沉積物快速排出[9-11]。美國(guó)農(nóng)業(yè)和生物工程師協(xié)會(huì)工程實(shí)踐EP-405 建議沖洗流速需大于0.3 m/s[12]；Hills 等[13]認(rèn)為0.5～0.6 m/s 的沖洗流速更有利于較大粒徑沉積物的排出；Puig-bargues 等[14]發(fā)現(xiàn)沖洗流速為0.64 m/s 時(shí)，單次沖洗的效果較好。Han 等[15]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沖洗時(shí)長(zhǎng)為6 min 時(shí)，隨著沖洗頻率和沖洗流速的增加，灌水器平均相對(duì)流量呈先增加后減少的趨勢(shì)。王亞林等[16]認(rèn)為當(dāng)進(jìn)入滴灌系統(tǒng)中的泥沙超過(guò)40%時(shí)，建議每次灌水結(jié)束后都對(duì)毛管進(jìn)行沖洗。還有研究[17]采用手動(dòng)打開(kāi)毛管末端沖洗毛管直到?jīng)]有明顯雜質(zhì)流出后再手動(dòng)關(guān)閉的方法，在大規(guī)模滴灌系統(tǒng)中不適用。受水源條件差異的影響以及自動(dòng)沖洗設(shè)備缺乏的限制，滴灌系統(tǒng)最佳沖洗頻率和沖洗流速至今沒(méi)有一致的結(jié)論。

趙新凱等[8]研發(fā)的彎管式自動(dòng)沖洗閥可實(shí)現(xiàn)滴灌系統(tǒng)的自動(dòng)沖洗與自動(dòng)關(guān)閉。該學(xué)者將沖洗閥安裝在長(zhǎng)0.3 m 的φ16PE 管末端，當(dāng)沖洗閥進(jìn)口壓力為 0.038～0.096 MPa 時(shí)，沖洗閥的沖洗時(shí)長(zhǎng)為7.5～32.1 s，沖洗水量為2 220～5 725 mL，沖洗流速為0.87～1.53 m/s。此外，市場(chǎng)上還有2 種自動(dòng)沖洗閥分別為以色列納安丹吉和耐特菲姆公司生產(chǎn)，在產(chǎn)品信息中，沖洗閥水力性能參數(shù)均為安裝在1 條毛管末端時(shí)的測(cè)試結(jié)果。在實(shí)際工程中，沖洗閥安裝在多條較長(zhǎng)毛管并聯(lián)后的末端能減少系統(tǒng)投資，但沖洗閥水力性能的響應(yīng)規(guī)律缺乏研究。【切入點(diǎn)】將自動(dòng)沖洗閥安裝到1 條或者多條并聯(lián)，且有一定長(zhǎng)度的毛管末端后，多孔出流、毛管水頭損失等帶來(lái)的水力條件的變化對(duì)沖洗閥水力性能的影響規(guī)律以及閥門自動(dòng)關(guān)閉所需供水壓力的推算亟須探索?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文探究了自動(dòng)沖洗閥安裝在PE 管末端、1 條毛管末端與2 條并聯(lián)毛管末端下沖洗閥水力性能的變化規(guī)律，為自動(dòng)沖洗閥的研發(fā)以及在滴灌系統(tǒng)中的應(yīng)用方案提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1 工作原理

沖洗閥進(jìn)水口（1）與毛管末端相連，水流從進(jìn)水口（1）進(jìn)入沖洗閥內(nèi)，大部分水流會(huì)通過(guò)進(jìn)水管道（2）流到?jīng)_洗閥出水口（3），水流攜帶毛管內(nèi)的物理、化學(xué)、生物堵塞物質(zhì)通過(guò)泄水孔（4）排出閥外；少部分會(huì)進(jìn)入環(huán)形延時(shí)流道（5）與彈性體（6）共同構(gòu)成的密封通道，在流道齒的消能作用下，水流沿著圖1（a）中的紅色箭頭方向緩慢運(yùn)動(dòng)一周后進(jìn)入上腔體（7）內(nèi)。隨著進(jìn)入上腔體內(nèi)的水量逐漸增加，彈性體（6）在上腔體的水壓力P上、出水口水壓力P下和彈性體拉力P彈的共同作用下，發(fā)生形變并逐漸向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)彈性體與沖洗閥出水口緊密接觸時(shí)，毛管沖洗結(jié)束（圖1（c））。

圖1 毛管末端自動(dòng)沖洗閥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 A diagram of the structure of the automatic flushing valve

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選用4 種不同規(guī)格的自動(dòng)沖洗閥，分別采用3 種管道布置方式，共計(jì)12 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，在不同壓力下測(cè)定沖洗閥水力性能的響應(yīng)規(guī)律。

1.2.1 沖洗閥規(guī)格

4 種規(guī)格沖洗閥的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1，由于延時(shí)流道齒長(zhǎng)L、延時(shí)流道齒寬W、閥蓋高度Za和下腔體高度Zb不同，其水力性能也不同。自動(dòng)沖洗閥物理模型利用UG NX 三維制圖軟件（Siemens PLM Software 公司，德國(guó)）構(gòu)建，試驗(yàn)試件利用3D 打印快速成型方法進(jìn)行加工，加工材料為 DSM IMAGE8000 光敏樹(shù)脂（皇家帝斯曼集團(tuán)，荷蘭），加工精度為0.1 mm。

表1 4 種規(guī)格沖洗閥結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Structural parameters of 4 flushing valves

1.2.2 管道布置形式

3 種管道布置形式分別為：沖洗閥安裝在1 條0.5 m 長(zhǎng)的φ16PE 管末端（C1 布置形式）（圖2（a），在1 條48 m 長(zhǎng)毛管末端（C2 布置形式）（圖2（b）），在2 條48 m 長(zhǎng)毛管并聯(lián)后的末端（C3 布置形式）（圖2（c））。毛管為內(nèi)鑲貼片式（Netafim，以色列），額定流量0.95 L/h，直徑16 mm，壁厚0.38 mm，滴頭間距40 cm。因試驗(yàn)平臺(tái)長(zhǎng)度為12 m，48 m 長(zhǎng)毛管需通過(guò)PE 彎頭安裝（圖2）。

圖2 3 種沖洗閥管道布置形式示意圖Fig.2 Schematic diagram of three dripline layout forms for flushing valve

1.3 測(cè)試平臺(tái)與試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于國(guó)家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心（大興區(qū)，北京）。毛管末端自動(dòng)沖洗閥測(cè)試平臺(tái)長(zhǎng)12 m，寬2 m，高1.8 m，下面以沖洗閥安裝在1條48 m長(zhǎng)毛管的末端為例進(jìn)行介紹，1次試驗(yàn)可進(jìn)行2次重復(fù)，詳見(jiàn)圖3。試驗(yàn)前，首先關(guān)閉沖洗閥前的球閥（5），將接水桶（13）放置于置物臺(tái)（14）上，位于沖洗閥（6）下方；啟動(dòng)立式離心泵（9），從水箱（1）中抽水，通過(guò)調(diào)節(jié)分壓閘閥（2）和閘閥（3），讓毛管入口壓力表（4）讀數(shù)為預(yù)設(shè)系統(tǒng)壓力H（0.04～0.20 MPa，每次試驗(yàn)增壓梯度為0.01 MPa）；壓力穩(wěn)定后，迅速打開(kāi)球閥（5），水流通過(guò)毛管（8）運(yùn)動(dòng)到?jīng)_洗閥（6）（水流運(yùn)動(dòng)方向如圖3箭頭所示），沖洗閥（6）開(kāi)始工作，秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)，此時(shí)毛管入口壓力表（4）讀數(shù)為毛管進(jìn)口壓力H1，沖洗閥入口壓力表（7）讀數(shù)為沖洗閥進(jìn)口壓力H2，當(dāng)沖洗閥（6）無(wú)水流出時(shí)計(jì)時(shí)停止，H1恢復(fù)至H。試驗(yàn)平臺(tái)還包括網(wǎng)式過(guò)濾器（10）、臥式回水離心泵（11）和回水槽（12）。按照相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，水箱內(nèi)水溫維持在（23±2）℃[18-19]。

秒表計(jì)時(shí)時(shí)間為沖洗閥沖洗時(shí)長(zhǎng)FD（s）；接水桶（13）中的水量為沖洗水量FQ（mL）；沖洗流速FV（m/s）=FQ/FD/S，S為De16 PE 軟管的過(guò)流面積，為201 mm2。

圖3 自動(dòng)沖洗閥測(cè)試平臺(tái)示意圖Fig.3 Schematic diagram of automatic flushing valve test platform

2 結(jié)果與分析

2.1 管道布置形式對(duì)沖洗閥進(jìn)口壓力的影響

在3 種管道布置形式下，1～4#沖洗閥進(jìn)口壓力H2均隨系統(tǒng)供水壓力H1線性遞增。當(dāng)管道布置形式相同時(shí)，4 種規(guī)格沖洗閥的H2隨H1變化曲線重合。對(duì)于不同管道布置形式，H2隨H1增加而增加幅度為C1＞C3＞C2。在C1 布置形式下，H2=H1，變化范圍是0.040～0.097 MPa；在C2 布置形式下，H1的變化范圍是0.140～0.182 MPa，H2對(duì)應(yīng)的變化范圍是0.039～0.050 MPa；在C3 布置形式下，H1的變化范圍是 0.070～0.200 MPa，H2的變化范圍是0.044～0.079 MPa。在C2 和C3 布置形式下毛管進(jìn)口和沖洗閥進(jìn)口壓力差的范圍分別為：ΔHC2=0.114～0.132 MPa，ΔHC3=0.047～0.088 MPa，ΔHC2是ΔHC3的1.5～2.4 倍。

2.2 沖洗閥自動(dòng)關(guān)閉所需最小壓力

當(dāng)供水壓力較小時(shí)，沖洗閥無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉，在3 種管道布置形式下，沖洗閥可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉的毛管進(jìn)口最小壓力H1min和沖洗閥進(jìn)口最小壓力H2min見(jiàn)表2。對(duì)于4 種規(guī)格的沖洗閥，均為C2 布置形式的H1min最大，C1 布置形式的H1min最小。在C1、C2、C3 布置形式下，沖洗閥自動(dòng)關(guān)閉的H1min分別平均為0.038、0.151 MPa 和0.090 MPa，C1 和C3 布置形式的H1min比C2 分別平均降低74.8%和40.4%；對(duì)于沖洗閥自動(dòng)關(guān)閉所需的H2min，3 種管道布置方式下差異很小，C1、C2 和C3 下的H2min分別平均為0.038、0.041 MPa 和0.043 MPa。

表2 沖洗閥自動(dòng)關(guān)閉時(shí)毛管進(jìn)口壓力最小值H1min與沖洗閥進(jìn)口壓力最小值H2minTable 2 The minimum inlet pressure of the dripline (H1min) and the flushing valve (H2min) when the flushing valve can auto close

圖4 沖洗閥進(jìn)口壓力隨毛管進(jìn)口壓力的變化曲線Fig.4 Change curve of inlet pressure of flushing valve with inlet pressure of dripline

2.3 沖洗閥水力性能對(duì)管道布置形式的響應(yīng)

在3 種管道布置形式下，4 種規(guī)格沖洗閥的FD和FQ均隨H1和H2的增大而減小，F(xiàn)V隨H1和H2的增大而增大。在C1 管道布置形式下，4 種規(guī)格沖洗閥的FD、FQ和FV變化范圍分別為6.92～80.36 s、1 730～14 055 mL 和0.59～1.42 m/s；在C2 管道布置形式下，F(xiàn)D、FQ和FV變化范圍分別為14.09～83.54 s、2 825～16 175 mL 和0.82～1.03 m/s；在C3 管道布置形式下，F(xiàn)D、FQ和FV變化范圍分別為8.9～72.38 s、2 330～13 355 mL 和0.67～1.31 m/s。在相同管道布置形式下，4 種規(guī)格沖洗閥的FV變化趨勢(shì)相同，且差異較小。在C2 和C3 管道布置形式下，每條毛管的沖洗流速分別為0.82～1.03 m/s 和0.34～0.66 m/s。

當(dāng)FD或FQ相同時(shí)，在C2 和C3 管道布置形式下，4 種規(guī)格沖洗閥所需的H1相差較大，而H2相差較小。1#沖洗閥以FD=15 s 為例，在C2 下，H1為0.178 MPa，H2為0.046 MPa，F(xiàn)V為0.94 m/s，H1相較H2增大了0.132 MPa；在C3 下，H1為0.086 MPa，H2為0.043 MPa，F(xiàn)V為0.80 m/s，H1較H2增大了0.043 MPa。此時(shí)，相較于C2，C3 的H1減小了0.046 MPa，H2減小了0.003 MPa。即1#沖洗閥沖洗時(shí)長(zhǎng)為15 s 時(shí)，在C2 和C3 布置形式下，H1分別為0.178 MPa 和0.086 MPa，H2平均為0.045 MPa。同樣的，對(duì)于2#沖洗閥，當(dāng)FD=20 s，在C2 和C3布置形式下，H1分別為0.180 MPa 和0.101 MPa，H2平均為0.048 MPa。

圖5 不同管道布置形式下沖洗時(shí)長(zhǎng)、沖洗水量和沖洗流速的變化曲線Fig.5 The variation curves of flushing duration, flushing water volume and flushing velocity under different dripline layout forms

圖6 沖洗時(shí)長(zhǎng)、沖洗水量和沖洗流速隨毛管進(jìn)口壓力和沖洗閥進(jìn)口壓力變化曲線Fig.6 Flushing duration, flushing water volume and flushing velocity vary with the inlet pressure of the dripline and the inlet pressure of the flushing valve

2.4 供水壓力對(duì)沖洗閥水力性能的影響

當(dāng)沖洗閥進(jìn)口壓力H2由0.035 MPa 增加到0.05 MPa 時(shí)，F(xiàn)D降低幅度較大，尤其是4#沖洗閥，1～4#沖洗閥的FD降低幅度分別為332.9、866.7、962.7、1 836.7 s/MPa；當(dāng)H2在0.05～0.1 MPa 內(nèi)，F(xiàn)D的變化幅度較小，尤其是對(duì)于沖洗時(shí)長(zhǎng)較小的1#沖洗閥，1～4#沖洗閥的FD降低幅度分別為59.6、129.8、225.0、244.4 s/MPa。

對(duì)于4 種規(guī)格沖洗閥，當(dāng)布置形式為C2 和C3時(shí)，F(xiàn)D、FQ和FV和H1均沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系。然而，不同管道布置形式下，F(xiàn)D和FQ與H2成二次函數(shù)關(guān)系，R2為0.767 3～0.895 4 和0.525 6～0.889 1，F(xiàn)V和H2呈線性關(guān)系，R2為0.841 7～0.979 9。

3 討 論

與沖洗閥安裝在1 條毛管末端（C1 布置形式）相比，在2 條毛管并聯(lián)后連接沖洗閥（C2 布置形式）條件下，雖然沖洗閥的FV由0.82～1.03 m/s 變化到0.67～1.31 m/s，但是單條毛管的沖洗流速由0.82～1.03 m/s 減小到0.34～0.66 m/s，那么，對(duì)于C2和C3 的2 種管道布置形式，單條毛管產(chǎn)生的水頭損失ΔHC3＜ΔHC2，故H2相同時(shí)，（H1C3=H2+ΔHC3）＜（H1C2=H2+ΔHC2），即2 條毛管并聯(lián)后連接1 個(gè)沖洗閥的情況所需的H1較小，滴灌系統(tǒng)首部供水壓力也較小。相同的，在圖1（c）中，只有當(dāng)P上＞（P下+P彈），彈性體才會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，將出水口密封，沖洗閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉[8]，故對(duì)于沖洗閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)閉所需最小毛管進(jìn)口壓力H1min，C3 比C2 降低了40.4%。C2 布置形式下，單條毛管沖洗流速為0.47～0.65 m/s，滿足Hills 等[13]和Puig-bargues 等[14]認(rèn)為適宜的0.5～0.64 m/s 的沖洗流速，可以保障較大粒徑沉積物的排出。考慮沖洗閥設(shè)備投入成本、運(yùn)行維護(hù)成本以及和現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)供水壓力，1 個(gè)沖洗閥控制多條并聯(lián)毛管進(jìn)行沖洗作業(yè)的模式更適用。

沖洗閥的FD隨H2增大而先快速降低，當(dāng)H2＞0.05 MPa 時(shí)，F(xiàn)D變化較為平穩(wěn)。沖洗閥的環(huán)形延時(shí)流道中的水流運(yùn)動(dòng)與水流在灌水器迷宮流道中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程相似[20-22]，出水流量與流道過(guò)流截面面積為冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)H2＞0.05 MPa 時(shí)，通過(guò)環(huán)形延時(shí)流道進(jìn)入上腔體的水流量不會(huì)隨H2增加而線性增加，故FD的減小幅度變平緩；此外，P上會(huì)隨著H2增加而增加，有可能會(huì)將彈性體向環(huán)形延時(shí)流道擠壓，進(jìn)而造成延時(shí)流道過(guò)流截面面積減小，導(dǎo)致環(huán)形延時(shí)流道進(jìn)入上腔體的水流量因?yàn)镠2增加而增加的幅度降低[23]。為了保證滴灌系統(tǒng)各個(gè)沖洗單元的沖洗均勻度，系統(tǒng)中所有沖洗閥進(jìn)口壓力需與FD變化平穩(wěn)期對(duì)應(yīng)的壓力值相匹配。

在不同管道布置方式下，沖洗閥的FD、FQ和FV與H1無(wú)明顯規(guī)律，F(xiàn)D和FQ與H2呈二次函數(shù)關(guān)系，F(xiàn)V與H2呈一次函數(shù)關(guān)系。在自動(dòng)沖洗閥實(shí)際工程使用中，可由水源中泥沙粒徑級(jí)配計(jì)算沉降速度，進(jìn)而推算所需沖洗流速[6]，由水源泥沙濃度和系統(tǒng)規(guī)模等實(shí)際工程因素確定FD，基于沖洗閥FD～H2二次函數(shù)擬合公式和FV～H2一次函數(shù)擬合公式，可以計(jì)算得到H2，接著，采用退步法[24]或其他水力學(xué)公式可計(jì)算出毛管進(jìn)口壓力，進(jìn)而可獲得滴灌系統(tǒng)首部所需提供的水壓力。

4 結(jié) 論

1）對(duì)于毛管進(jìn)口和沖洗閥進(jìn)口壓力差，沖洗閥安裝在1 條毛管末端（C2 布置形式）是在2 條毛管并聯(lián)后的末端（C3 布置形式）的1.5～2.4 倍。

2）對(duì)于不同管道布置形式，4 種規(guī)格沖洗閥自動(dòng)關(guān)閉所需毛管最小進(jìn)口壓力的大小順序以及沖洗時(shí)長(zhǎng)或沖洗水量相同時(shí)，沖洗閥所需毛管進(jìn)口壓力的大小順序均為C2＞C3＞C1，多條毛管并聯(lián)后連接沖洗閥可降低滴灌系統(tǒng)需提供的壓力，提高沖洗閥的適用性。

3）當(dāng)沖洗閥進(jìn)口壓力為0.035～0.05 MPa，沖洗時(shí)長(zhǎng)變化幅度大，當(dāng)沖洗閥進(jìn)口壓力大于0.05 MPa時(shí)，沖洗時(shí)長(zhǎng)變化平穩(wěn)。

4）無(wú)論管道布置形式，沖洗時(shí)長(zhǎng)和沖洗水量與沖洗閥進(jìn)口壓力成二次函數(shù)關(guān)系，沖洗流速與沖洗閥進(jìn)口壓力呈線性關(guān)系，可根據(jù)水源泥沙沉降速度、濃度等確定沖洗流速和沖洗時(shí)長(zhǎng)，由擬合函數(shù)和水力學(xué)公式計(jì)算沖洗閥進(jìn)口壓力以及滴灌系統(tǒng)所需供水壓力。

[1] 齊學(xué)斌, 樊向陽(yáng), 王景雷, 等. 井渠結(jié)合灌區(qū)水資源高效利用調(diào)控模式[J]. 水利學(xué)報(bào), 2004, 35(10): 119-124.

QI Xuebin, FAN Xiangyang, WANG Jinglei, et al. Optimal allocation of water resources in well-canal combined irrigated area for high efficient utilization of water[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2004, 35(10):119-124.

[2] 葛令行, 魏正英, 曹蒙, 等. 微小迷宮流道中的沙粒沉積規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(3): 20-24.

GE Lingxing, WEI Zhengying, CAO Meng, et al. Deposition law of sand in labyrinth-channel of emitter[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(3): 20-24.

[3] 周博, 李云開(kāi), 宋鵬, 等. 引黃滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞的動(dòng)態(tài)變化特征及誘發(fā)機(jī)制研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2014, 33(S1): 123-128.

ZHOU Bo, LI Yunkai, SONG Peng, et al. Dynamic characteristics and inducing mechanism of emitter clogging in the drip irrigation system using Yellow River water[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014,33(S1): 123-128.

[4] PUIG-BARGUéS J, ARBAT G, ELBANA M, et al. Effect of Flushing frequency on emitter clogging in microirrigation with effluents[J].Agricultural Water Management, 2010, 97(6): 883-891.

[5] LI Z, YU L, LI N, et al. Influence of flushing velocity and flushing frequency on the service life of labyrinth-channel emitters[J]. Water,2018, 10(11): 1 630.

[6] PUIG B J, LAMM F R. Effect of Flushing velocity and Flushing duration on sediment transport in microirrigation driplines[J].Transactions of the Asabe, 2013, 56(5): 1 821-1 828.

[7] 徐路全, 李援農(nóng), 房云杰, 等. 組合滴灌管抗堵塞性能研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(1): 77-82, 89.

XU Luquan, LI Yuannong, FANG Yunjie, et al. Experimental study on the feasibility of combined drip irrigation pipes to ameliorate emitter blocking[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(1): 77-82, 89.

[8] 趙新凱, 莫彥, 夏輝, 等. 毛管末端自動(dòng)沖洗閥水力性能試驗(yàn)研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(7): 105-112.

ZHAO Xinkai, MO Yan, XIA Hui, et al. Hydraulic performance of automatic Flushing valve at the end of dripline[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 105-112.

[9] 宋鵬, 李云開(kāi), 李久生, 等. 加氯及毛管沖洗控制再生水滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 33(2): 80-86.

SONG Peng, LI Yunkai, LI Jiusheng, et al. Chlorination with lateral Flushing controling drip irrigation emitter clogging using reclaimed water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(2): 80-86.

[10] RAVINA I, PAZ E, SOFER Z, et al. Control of emitter clogging in drip irrigation with reclaimed wastewater[J]. Irrigation Science, 1992, 13(3):129-139.

[11] YU L, LI N, LIU X, et al. Influence of flushing pressure, flushing frequency and flushing time on the service life of a labyrinth-channel emitter[J]. Biosystems Engineering, 2018, 172: 154-164.

[12] 魏青松, 史玉升, 蘆剛, 等. 內(nèi)鑲式滴灌帶繞流流道水力性能研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(10): 83-87.

WEI Qingsong, SHI Yusheng, LU Gang, et al. Hydraulic performances of the round-flow channel in an in-line drip-tape[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2006, 22(10): 83-87.

[13] HILLS D J, BRENES M J. Microirrigation of wastewater effluent using drip tape[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2001, 17(3): 303-308.

[14] PUIG-BARGUéS J, LAMM F R, TROOIEN T P, et al. Effect of dripline Flushing on subsurface drip irrigation systems[J]. Transactions of the ASABE, 2010, 53(1): 147-155.

[15] HAN S Q, LI Y K, XU F P, et al. Effect of lateral flushing on emitter clogging under drip irrigation with Yellow River water and a suitable method[J]. Irrigation and Drainage, 2018, 67(2): 199-209.

[16] 王亞林, 朱德蘭, 張林, 等. 滴灌毛管泥沙分布與灌水器堵塞試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2014, 45(6): 177-182.

WANG Yalin, ZHU Delan, ZHANG Lin, et al. Experiment on sediment distribution in lateral pipes and clogging of emitter[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(6): 177-182.

[17] FENG D, KANG Y H, WAN S Q, et al. Lateral Flushing regime for managing emitter clogging under drip irrigation with saline groundwater[J]. Irrigation Science, 2017, 35(3): 217-225.

[18] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 塑料節(jié)水灌溉器材 第2 部分：壓力補(bǔ)償式滴頭及滴灌管: GB/T 19812.2—2017[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2017.

[19] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備滴頭和滴灌管技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法: GB/T 17187—2009[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010.

[20] 王建東. 滴頭水力性能與抗堵塞性能試驗(yàn)研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2004.

WANG Jiandong. Study on the hydraulic and anti-clogging performance of emitters[D]. Beijing: China Agricultural University, 2004.

[21] 王文娥, 王福軍, 牛文全, 等. 滴頭流道結(jié)構(gòu)對(duì)懸浮顆粒分布影響的數(shù)值分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009, 25(5): 1-6.

WANG Wen’e, WANG Fujun, NIU Wenquan, et al. Numerical analysis of influence of emitter channel structure on suspended granule distribution[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009, 25(5): 1-6.

[22] 王建東, 龔時(shí)宏, 李光永, 等. 低壓下流道結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鋸齒型滴頭水力性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 水利學(xué)報(bào), 2014, 45(1): 72-78.

WANG Jiandong, GONG Shihong, LI Guangyong, et al. The influence of geometrical parameters of dental flow passage of labyrinth emitter on the hydraulic performance under low working pressure[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2014, 45(1): 72-78.

[23] 趙新凱. 毛管末端沖洗閥水力性能測(cè)試及其在含沙水滴灌系統(tǒng)中應(yīng)用研究[D]. 保定: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2021.

ZHAO Xinkai. Research on hydraulic performance test of flushing valve at end of capillary and its application in sandy drip irrigation system[D]. Baoding: Hebei Agricultural University, 2016.

[24] 康躍虎. 微灌系統(tǒng)水力學(xué)解析和設(shè)計(jì)[M]. 西安: 陜西科學(xué)技術(shù)出版社, 1999.

KANG Yuehu. Hydraulic analysis and design of micro irrigation system[M]. Xi’an: Shaanxi Science amp; Technology Press, 1999.

The Effects of Dripline Layout on Performance of Automatic Flushing Valve

LI Wenjun1,2, MO Yan2, WANG Zhenhua1*, WANG Jiandong3,ZHANG Yanqun2, GONG Shihong2, LI Qiaoling2
（1. College of Water Conservancy and Architectural Engineerin, Shihezi University, Shihezi 832000, China;2. Institute of Water Resources, China Academy of Water Resources and Hydropower, Beijing 100048, China;3. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture,Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）

【Objective】The functions of drip-irrigation systems depend on many factors and in this paper, we investigated the performance of the automatic flushing valve as impacted by layout of dripline. 【Method】The experiment compared four flushing valves which were manufactured by 3D printing. They were then fixed at the end of the 0.5 mΦ16PE pipe (C1), a 48 m dripline (C2), and two 48 m long driplines connected in parallel (C3),respectively. The changes in flushing duration (FD), flushing water volume (FQ), flushing velocity (FV) and the minimum inlet pressure of the driplines required for the flushing valve automatic closing (H1min) under different layouts were measured and compared.【Result】The flushing velocity of the single dripline in C2 and C3 decreased from 0.82～1.03 m/s to 0.34～0.66 m/s, and the difference between the dripline inlet pressureH1and flushing valve inlet pressureH2was in the range of 0.114～0.132 MPa and 0.047～0.088 MPa, respectively. Compared with C2, C1 and C3 reducedH1minby 74.8% and 40.4% on average, respectively. WhenFDorFQwas the same,H1required for the four flushing valves varied in the order of C2 gt; C3 gt; C1. WhenH2lt; 0.05 MPa,FDdecreased by 999.75 s/MPa on average, while whenH2gt; 0.05 MPa,FDdecreased slowly by 164.7 s/MPa on average. Regardless of the dripline layouts,FDandFQare quadratic functions ofH2. 【Conclusion】 TheFDandFQare related toH2, and independent of the dripline layouts. WhenH2gt; 0.05 MPa,FDchanges steadily and the flushing effect is uniform.Fixing the flushing valve at the end of multiple driplines in parallel reduces the system pressure for automatic closing of the flushing valve. However, further work is needed to test if the flushing performance meets the requirements in the field.

drip irrigation; automatic flushing valve; flushing duration; flushing water volume; flushing velocity

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021611

李文軍, 莫彥, 王振華, 等. 管道布置形式對(duì)毛管末端自動(dòng)沖洗閥水力性能的影響研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2022, 41(5):110-117.

LI Wenjun, MO Yan, WANG Zhenhua, et al. The Effects of Dripline Layout on Performance of Automatic Flushing Valve[J].Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(5): 110-117.

1672-3317（2022）05-0110-08

2021-12-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)課題（2019YFC0409203）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51909276，51979288）；兵團(tuán)重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2019CB004）；兵團(tuán)南疆重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2020DB004）

李文軍（1996-），男。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉裝備研發(fā)。E-mail: 962336227@qq.com

王振華（1979-），男。教授，博士，主要從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail: wzh2002027@163.com

責(zé)任編輯：白芳芳