探讨自压滴灌系统首部沉沙调节池调节容积的确定

探讨自压滴灌系统首部沉沙调节池调节容积的确定

普继忠

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司乌鲁木齐830002

摘要：自压滴灌系统首部沉沙调节池在系统运行中起着关键作用，其规模（池容）的大小既关系到工程投资，又关系到整个自压滴灌灌溉管网的安全运行。其首部沉沙调节池调节容积的确定是沉沙调节池工程首要解决的问题，本文通过一些工程实践，近30个自压滴灌系统沉沙调节池规模确定方法的统计，认为采用供需水平衡分析法、响应时间法和一次灌水延续时间法是确定其调节容积较好的方法，用这三种方法确定的规模，能够满足自压滴灌系统灌溉管理、安全运行要求。

关键词：自压滴灌；沉沙调节池；响应时间；一次灌水延续时间；调节容积

引言

滴灌系统一般由水源工程、首部枢纽、输配水管网、灌水器及控制、量测和保护装置等组成。滴灌工程按系统工作压力来源，分为加压式和自压式。加压式滴灌系统水源为地表水的，其首部中的沉砂池的调节容积确定较为明确，一般根据秒换水系数确定，秒换水系数一般取30～50。但水源为地表水的自压滴灌系统沉沙调节池的调节容积如用秒换水系数确定，则确定的调节容积偏小，易造成自压管道局部真空或产生水锤，影响管道的运行安全。查阅相关资料，自压滴灌系统沉沙调节池的调节容积的确定没有相关的方法，针对这一问题，本文通过工程实例，对于不同的水源情况提出了三种确定方法。

1自压滴灌系统的设计运行特点

在论述三种确定方法前先简要论述一下自压滴灌系统的几个运行特点。

自压滴灌系统一般由沉沙调节池、自压总干管、干管、田间管网组成，示意图如下：

运行特点：

1）自压总干管进口需在沉沙调节池最低运行水位（根据总干管管径和流量确定）以上运行，否则总干管会进气，宜发生水锤现象，影响管道安全和正常运行。

图1

2）在一个灌溉期内，总干管需始终保持满管运行。

3）自压滴灌系统田间运行时，一般先打开下一轮灌组阀门，再关闭上一轮灌组阀门。

2自压滴灌系统沉沙调节池的调节容积确定方法

2.1供需水平衡分析方法

此种情况针对沉沙调节池来水水源为河水，可供水量随河水径流变化而变化，而灌溉需水过程变化呈一定规律的情况。

如新疆阿克苏地区柯坪县某自压滴灌系统，控制灌溉面积4.3万亩，河道可供水过程如下：

经过上述分析，在可供水与灌溉需水过程不匹配的情况下，即、不能按需供水的情况下，沉沙调节池的调节容积可经过供需水平衡算出沉沙调节池所需的调节容积。由上表可知沉沙调节池需调节容积177.15万m3，可满足滴灌灌溉系统6、7、8月用水需求。本工程2009年建成，运行至今，未出现问题。

2.2用流量调节响应时间确定沉沙调节池的调节容积

此情况主要用于水源充足，可按需分配来水，但由于沉沙调节池距离水源较远，需长距离引水渠道引水的情况。

引水渠道的流量调节，通常只能在渠首进行，而在渠尾（即沉沙调节池处）产生调节效果的滞后时间，等于水的流达时间，即为引水渠流量响应时间。而自压滴灌系统有压总干管的流量随着下游灌区用水量变化而变化，有压管道流量调节的响应时间为管道长度除以水锤波速，相应时间很短。例如，沉沙调节池下游有压总干管根据灌溉要求需要加大流量时，沉沙调节池后有压管道可在几至几十秒内完成流量调节，此时如同时通知渠首开大闸门放水，加大的水量到达渠尾沉沙调节池的时间较长，一般为几个至十几个小时，是管道流量调节响应时间的成千上万倍，而在这个时间差内，池中已经多留出的水量等于所增加的流量与上游渠水流达时间（即渠水流量响应时间）之积。如沉沙调节池无一定容量储存这些多留出的水量，则在运行时，需关闭灌区阀门，以免造成干管无水补充而空管真空破坏或水锤破坏，而在自压滴灌系统实际运行管理中，下游灌区阀门不可能随时关闭或开启，以免造成管理困难或管道水锤现象，为解决这一矛盾，就需要沉沙调节池要有一定的调节容积来满足自压滴灌系统流量的变化，且所需的沉沙调节池调节容积不应小于所增加流量与渠水流量响应时间之积。

如新疆北疆某自压滴灌系统，2017年建成，控制灌溉面积5.786万亩，系统所需流量为3.23m3/s，沉沙调节池前引水渠设计流量为3.23m3/s，引水渠长度3236m，设计流速为1.05m/s。最不利运行工况为当下游灌区需要灌溉流量时，同时通知引水渠渠首开闸引水，根据上述，响应时间为3236&pide;1.05=3082s，则所需调节池容积为3082×3.23=9955m3。此计算结果是在运行管理畅通的条件下计算出的调节容积，如若灌区流量发生变化时，由于管理上未及时通知开启渠首处水闸去调节流量，则还需更大的调节容积以适应这种情况，考虑到这种情况会出现，则在实际工程设计时，通常在计算的引水渠流量响应时间的基础上加1～2小时作为引水渠的流量响应时间来计算沉沙调节池的调节容积。则最终工程设计取调节容积为2万m3，经过一年的运行，系统运行状况良好。

2.3用滴灌系统一次灌水延续时间确定沉沙调节池容积

此种情况主要用于水源充足，可按需分配来水，沉沙调节池距离水源较近，可较短时间补充沉沙调节池水量，不会造成总干管流量变大时，来水不能及时补充的情况。

自压滴灌系统田间灌溉时，每个轮灌组每次灌溉轮灌时间为一次灌水延续时间，经计算，一个轮灌组灌水延续时间一般在3～10小时。用灌水延续时间作为确定沉沙调节池调节容积是因为在滴灌系统运行时，在运行下一个轮灌组时，是先打开下一轮灌组的阀门，再关闭前一轮灌组的控制阀门，在这一操作过程中，由于灌溉管理水平、交通条件的差异，存在下一轮灌组的控制阀门打开时，上一轮灌组的控制阀门还未关闭，造成了整个管网流量波动，总干管因控制整个滴灌系统，它的的流量波动较为明显，在来水还未来的及补充的情况下，如沉沙调节池无一定的调节容积，则无能力调节这部分空缺水量，则势必造成总干管空管真空破坏或水锤破坏，给管道安全运行造成了不利影响，故需要有一定调节容积以适应滴灌系统灌溉用水量变化。

通过一些工程实践，初步确定了以一次灌水延续时间乘以系统流量作为沉沙调节池的调节容积，在实际运行管理中，系统管网运行安全。

如新疆北疆某灌区，总灌溉面积为86万亩，共划分成4～5万亩一个自压滴灌系统20个，沉沙调节池距离水源较近，均距离水源100m以内，水源水量充沛，可按需、按设计流量供水，最初两个滴灌系统设计时，因水源来水有保证，沉沙调节池设计容积主要考虑了沉沙容积，调节容积基本未考虑，结果在建成运行时，发现由于沉沙调节池无调节容积，满足不了自压滴灌系统管网运行中的流量波动，造成干管水锤爆管现象。经过研究，根据滴灌系统的运行特点和当地灌溉管理水平确定沉沙调节池的调节容积按一次灌水延续时间乘以系统流量作为沉沙调节池的调节容积较为合适，在运行中运行安全，且沉沙调节池的规模也较为合理。

3结语

本文从自压滴灌系统的水源情况、运行特点、管网安全等几个方面探讨了沉沙调节池调节容积确定的方法。得出如下结论。

（1）沉沙调节池作为自压滴灌系统水源与管道间必要的部分，其调节容积、规模的确定关系到自压滴灌系统的安全运行和工程投资。

（2）在可供水和灌溉需水过程不匹配的情况下建议采用供需水平衡分析法确定。

（3）第2种和第3种确定方法均为在水源来水可充分满足的情况下，用引水渠流量响应时间和滴灌系统一次灌水延续时间这两种方法来确定，这两种方法确定的沉沙调节池调节容在工程实践中均为出现管道运行不安全的情况，且规模大小适宜，投资经济。

（4）用引水渠流量响应时间和滴灌系统一次灌水延续时间这两种方法来确定的沉沙调节池的调节容积，针对同一自压滴灌灌溉系统，取大值作为设计依据。

参考文献：

［1］姚彬，王留运等。微灌工程技术。郑州，黄河水利出版社，2012.

［2］顾烈烽。滴灌工程设计图集。中国水利水电出版社，2005.