广西水利水电ＧＵＡＮＧＸＩ ＷＡＴＥＲ Ｉ ＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１４（２） ・试验研究・ 管道变径调压效果试验 黄凯，郭晋川，姚瑶 （广西水利科学研究院，广西南宁５３００２３） 【摘要】为解决丘陵坡地发展滴灌，田间配水管网压力不均衡、灌水均匀度达不到要求的问题，结合广西高效节水 灌溉工程发展的实践经验，提出管道变径的调压方法对支管的压力水头进行调节，并通过经验公式和试验分析管 道变径调压方法的效果。结果：通过管道变径调压方法能有效地解决因地势高差引起的支管水压不均衡、灌水均 匀度达不到要求的问题，且经验公式计算结果可直接用于支管变径调压设计。 【关键词】滴灌；管道变径；调压；试验 ［中图分类号】ＴＶ１３４ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】１００３—１５１０（２０１４）０２—０００６—０３ １ 概述 、 Ｎ 。ｌｊ ． 广西是我国蔗糖最重要的生产基地，种植面积 长期稳定在１ ６００万亩左右，蔗糖产量约占全国的 一， ． ． ２／３。为促进糖业发展，广西自２０１ １年起大规模推 进糖料蔗滴灌工程建设。由于蔗区主要分布在丘 图１ 管道变径调节示意图 陵坡地上，地形起伏较大，滴灌工程田间配水管网 普遍存在压力不均衡、灌水均匀度达不到要求的问 其计算过程非常复杂，对于圆形管道断面突缩局部 题。综合比较不同压力调节方法，认为管道变径调 水头损失只有经验公式进行计算。按照前人的试 压方法投资小、施工方便，若调压效果能达到预期 验成果，突缩管局部水头损失： 要求，则可在广西丘陵坡地糖料蔗滴灌工程建设中 采用。针对目前广西糖料蔗高效节水灌溉工程普 ｈｉｌ＝０．５（１一＿ＪＡ２． ｕ￣＝ｏ．５【１一（鲁）２】专 （１） 遍按照５００亩左右一个系统，一个系统分为１４个３０ 式中：Ａ．——断面卜１面积； 亩左右轮灌组，田间管网中的支管一般采用ＤＮ１１０ ｄ，——断面１—１直径； 的ＵＰＶＣ管，设计流量在５０ ｍ ／ｈ左右的设计模式， Ａ ——断面２—２面积； 笔者以经验公式计算为基础，并在ＤＮ１１０的ＵＰＶＣ ｄ，——断面２—２直径。 管道上开展管道变径调压试验。 断面突然扩大过程中，水流进人大断面后，脱 离边界，产生回流区（如图１：断面３—３与断面４—４之 ２管道变径调压试验 间的过渡区域），其长度约（５—８）ｄ，，由于该段较短， ２．１基本原理 忽略该段的水头损失。根据能量守恒方程： 管道变径调节方法是在某一管径的管道上串 联小段更小管径的管道，形成管径断面突然收缩和 Ｐ３＋等 Ｐ４＋ ＋ （２） 管径断面突然扩大两个过程，造成管道局部水头损 失，消耗部分管道水头压力（见图１）。 ＝ ＋（ 一 ＋（等一警）（３） 断面突然收缩过程中，大管和小管中存在漩涡 式中： ——断面３—３位势水头； 区（如图１：断面１—１与断面２－２之间的过渡区域）， ｚ ——断面４—４位势水头，且 ＝ｚ ； 【收稿日期】２０１４０３－０７ 【基金项目】水利部公益性行业专项经费项目（２０１３０１０１３） 【作者简介１黄凯（１９８１－），男，湖北武汉人，广西水利科学研究院工程师，硕士，主用从事水利工程及农田水利工程研究工作。 ６ 广西水利水电ＧＵＡＮＧＸＩ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１４（２） Ｐ ——断面３—３水压； Ｐ ——断面４—４水压； ——＝ ＋ ＝０．５【１一（鲁） 】专＋［１一（鲁） ］。 ｔ）２ｚ（６） 从公式（６）可以看出，管道变径造成的水头损 失量与变径比（变径管道直径与原管道直径之比） ｉ｝｝｝ｉ １ ∞∞∞ ∞∞ ；。；。 ；。 断面３－３流速，且 ３＝ ：， 为断面４— ４流速； ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ 以及变径管道过流流量直接相关。 ——、 动能修正系数，按照经验均取值 为１。 ２．２试验 根据动量守恒方程： 为验证经验公式推导的变径管水头损失是否 Ｐ３Ａ４一Ｐ４Ａ ＝ｐｇ（ｖ４一ｖ３）＝ｐＡ４ ４（口４一Ｖ３） （４） 符合实际，进行不同变径比、不同流量条件下管道 由公式（３）、（４）化简整理得： 变径的水头损失试验，对比不同变径比（变径管道 警一鲁 （鲁 ・ｌ ２ 外径分别为５０、６３、７５、９０ ｍｍ，变径管管道长度为 ４ ４一 ３＝ ） ＋１．０ ｍ，压力表间距为１．２５ ｍ，原管道外径１１０ ｔｒｉｍ）、 ＝［１一（ ｄ ３ ２］ ＇／／．３２ 不同流量下管道压力分布情况（试验装置见图１，试 验结果见表１）。 式中：ｄ，——断面３－３直径，且ｄ：＝ｄ，； ｄ ——断面４－４直径，且ｄ ＝ｄ。。 由公式（１）、（５）化简整理，得出管道变径水头 损失为： 图２变径管水头损失试验装置示意图 表１ 不同变径比、不同流量下变径水头损失计算及试验值 ４５．２ １０３．６ ０．４３６ ５２．１５ ９．Ｏ３ ４．７ｌ２ ２２．８５ ｌ７．１５ １．３２ｌ ４．３７９ ４５．２ １０３．６ ０．４３６ ２９．８３ ５．１７ １．５４２ １６．０ｏ １４．Ｏ９ Ｏ．４９５ １．４ｌ５ ４５．２ １０３．６ ０．４３６ ２２．４５ ３．８９ ０．８７３ １２．６１ ｌ１．５２ ０．２９６ ０．７９４ ４５．２ １０３．６ ０．４３６ １５－８１ ２．７４ ０．４３３ ９．２８ ８．７３ ０．１５９ ０＿３９１ ５９ １０３．６ ０．５６９ ５３．ｏｏ ５－３９ １．２５６ １９．７６ １８．Ｏ５ ０．４０５ １．３０５ ５９ １０３．６ ０．５６９ ３５．２０ ３．５８ ０．５５４ １６．８５ １６．Ｏ７ Ｏ．２０６ ０．５７４ ５９ １０３．６ ０．５６９ ３３．Ｏ５ ３－３６ ０．４８８ １４．０４ ｌ３－３５ ０．１８７ Ｏ．５０３ ５９ １Ｏ３．６ ０．５６９ ２４．２３ ２．４６ ０．２６２ １１．０９ １０．７１ Ｏ．１ｏ６ ０．２７４ ７０．６ １０３．６ ０．６８１ ５４．３Ｏ ３．８５ ０．４４９ １８－８ｌ １８．１６ ０．１７４ ０．４７６ ７０．６ １０３．６ ０．６８１ ３６．３Ｏ ２．５８ ０．２０１ １６．８１ １６．５１ ０．０８６ ０．２１４ ７０．６ １０３．６ Ｏ．６８１ ３１．０２ ２．２０ ０．１４７ １３．Ｏ３ １２．８１ ０．Ｏ６３ ０．１５７ ７０．６ １０３．６ Ｏ．６８ｌ ２２．２８ １．５８ ０．０７６ １０．４４ １０＿３２ ０．０３８ ０．０８２ ８４．６ １０３．６ Ｏ．８ｌ７ ５５．３２ ２．７４ ０．１１３ １８．３７ １８．１６ ０．０８７ ０．１２３ ８４．６ １Ｏ３．６ ０．８１７ ３６．６４ １．８１ ０．０５０ １６．６２ １６．５２ Ｏ．Ｏ４６ ０．０５４ ８４．６ ｌＯ３．６ Ｏ．８１７ ３０．２５ １．５Ｏ ０．０３４ １２．６９ １２．６３ ０．０２３ ０．０３７ ８４．６ １０３．６ ０．８１７ ２２．７９ １．１３ ０．０１９ １０．４４ １０．４１ ０．０ｏ９ ０．０２１ ２．３结果分析 的变径水头损失计算值与试验值之间的误差在 从表１可以看出：经验公式推导的变径水头损 １０％以内，就滴灌田间管网支管压力调节设计而言， 失计算值与试验值之间存在一定的差异，变径比为 这样的精度完全能满足设计要求。 ０．４３６时变径水头损失计算值略大于试验值，变径 从调压效果来看，当ＤＮ１１０的ＵＰＶＣ支管上过 比大于等于０．５６９时变径水头损失计算值略小于试 流量为５０ ｍ３／ｈ左右时，采用ＤＮ５０的变径管调压效 验值，这与李栋’浩【”、门保辉口瞥道突然缩小、管道突 果较好，一根１ ｍ长的ＤＮＳ０变径水头损失４．３７９ ｍ， 然扩大局部水头损失的试验结论基本一致，其主要 若再加上沿程水头损失１．３２１ ｍ，则能消减水头 原因是管道变径局部水头损失与雷诺数呈负相关， ５．７Ｏ ｍ。在坡度５。左右的坡地上，若支管沿下坡面 同等条件下，变径比较小时雷诺数较大，变径局部 布置，则在支管上每隔６０ ｍ左右安装一条ｌ ｍ长、 水头损失系数偏小，而经验公式未充分考虑这方面 变径比在０．４３６左右的变径管，能有效消除地势高 变化导致的误差。但从总体上来看，经验公式推导 差引起的支管上的水力分布不均；在坡度１０ｏ左右 ７ 黄凯，郭晋川，姚瑶：管道变径调压效果试验 的坡地上，若支管沿下坡布置，则在支管上每隔３０ ｍ 左右安装一条１ ｍ长、变径比在０．４３６左右的变径 外，按广西糖料蔗普遍采用的设计模式，在５。、１Ｏ。、 １５。左右的坡地上，若支管沿下坡布置，在支管上每 隔一定距离安装适当变径比的变径管均能有效地 消除地势高差引起的支管上的水力分布不均。 参考文献 【１】李栋浩，王文娥．突然缩小圆管局部水头损失系数试验 研究［Ｊ】．水利与建筑工程学报，２０１１，９（４）：２２—２４． ［２】门宝辉．管道突然扩大局部阻力系数初探［Ｊ】．西北水资 源与水工程，２０００，１１（１）：ｌ３一ｌ６． 管，能有效消除地势高差引起的支管上的水力分布 不均；在坡度１５。左右的坡地上，若支管沿下坡面布 置，则在支管上每隔２０ ｍ左右安装一条１ ｍ长、变 径比在０．４３６左右的变径管，能有效消除地势高差 引起的支管上的水力分布不均。 ３ 结语 通过试验测得的变径水头损失与经验公式计 算结果之间存在一定差异，但差异在滴灌田间管网 支管压力调节设计允许精度的范围内。因此，经验 公式计算结果可直接用于支管变径调压设计。另 【３】李炜，徐孝平．水力学［Ｍ］．武汉水利水电出版社，２００３． （责任编辑：周群） Ｔｅｓｔ ｏｆ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｙ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｋａｉ，ＧＵＯ Ｊｉｎ－ｃｈｕａｎ，ＹＡＯ Ｙａｏ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３００２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ｄｒｉｐ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗｏｒｋ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｌｌｙ ａｒｅａ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ｆａｒｍｌａｎｄ ｗａｔｅｒ ｄｉｓｔｉｒｂｕ— ｔｉｏｎ ｐｉｐｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｌｅａｄ ｔｏ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｎｏｔ ｕｐ ｔｏ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｃｏｎ－ ｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｓａｖｉｎｇ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｒｅｇｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅａｄ ｏｆ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｂｙ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｉｔｈ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒ— ｍｕｌａ ａｎｄ ｔｅｓｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｂｒａｎｃｈ ｐｉｐｅ ｗａ— ｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｍｂａｌａｎｃｅ ａｎｄ ｕｎｅｖｅｎ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏｒｍｕｌａ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｏｒ ｆｂｒａｎｃｈ ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄｒｉｐ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ；ｐｉｐｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ 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