周 鵬，王黎明，王春堂

（1.山東省淄博市水利勘測設計院，255000，淄博；2.山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院，271018，泰安）

虹吸式波涌流灌溉水力自控裝置設計

周 鵬1，王黎明1，王春堂2

（1.山東省淄博市水利勘測設計院，255000，淄博；2.山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院，271018，泰安）

針對目前波涌流灌溉存在的問題，設計一種能利用渠道內(nèi)的水流動力，實現(xiàn)波涌流自動灌溉的節(jié)水灌溉裝置，是推動波涌流節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展的重要措施。研制的渠道虹吸式波涌流水力自動控制灌溉裝置可在渠道輸水的條件下，利用水車提升水流作為動力，通過穩(wěn)壓池、控制池（起計時器作用）等部件控制虹吸管定時形成虹吸或斷開虹吸，完成波涌流節(jié)水灌溉的周期供水和周期停水，實現(xiàn)波涌流自動化灌溉。

波涌流灌溉；水力自控裝置；虹吸式

波涌流灌溉作為一種新型的綠色灌溉方式，具有節(jié)水、省時、節(jié)能、保肥、增產(chǎn)、降低勞動強度、降低農(nóng)業(yè)成本等特點。雖然大田灌溉模式的波涌灌溉研究已比較成熟，但其推廣利用卻處于瓶頸狀態(tài)，主要原因就是沒有一套適合我國國情的波涌流灌溉裝置與之配套。目前已有的波涌流灌溉裝置，投資費用較高且操作較復雜，需要較高的管理水平，波涌流灌溉對裝置的維護和保養(yǎng)要求比較高。因此，設計一種能用渠道內(nèi)水流為動力實現(xiàn)波涌流自動灌溉的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，是推動波涌流節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展的重要措施。

一、設計原理

1.設計思路

渠道虹吸式波涌流自動灌溉系統(tǒng)可在渠道輸水條件下利用水車提升水流作為動力，通過穩(wěn)壓池、控制池（起計時器作用）等部件控制虹吸管定時形成虹吸或斷開虹吸，完成波涌流節(jié)水灌溉的周期供水和周期停水，實現(xiàn)波涌流自動化灌溉。

2.結(jié)構(gòu)組成

渠道虹吸式波涌流自動控制灌溉裝置由進水池、渠道、水車、接水器、穩(wěn)壓池、連接管道、控制池、閘門、虹吸池、虹吸管及輔助虹吸管等部件組成，原理如圖1所示。

3.結(jié)構(gòu)設計

將水車固定在渠道中，利用水流的沖擊力推動水車轉(zhuǎn)動，水車轉(zhuǎn)動可把一部分水提升到水車上部，倒入接水器中，接水器一端固定在水車上，另一端與穩(wěn)壓池相連，穩(wěn)壓池固定在渠道上方，通過管2與虹吸池相連，虹吸池再用止回閥與渠道相通，控制池通過管1與穩(wěn)壓池連接，同時控制池經(jīng)由管3與虹吸管頂部相通，虹吸管固定在虹吸池側(cè)壁上。

4.工作原理

將裝置固定好后，當渠道中有水流通過時，水流沖擊水車轉(zhuǎn)動，在水車邊緣上設置有水斗，當水斗隨水車轉(zhuǎn)動到下部時，其位置要低于渠道中的水位，能使水斗內(nèi)裝滿水，水斗隨水車轉(zhuǎn)動，將渠道中的一部分水抬高到水車頂部，倒入接水器中，水由接水器輸入到穩(wěn)壓池中，多余的水由穩(wěn)壓池頂溢流到渠道內(nèi)，能保證穩(wěn)壓池內(nèi)始終充滿水，起到穩(wěn)壓作用，以能使進入管1和管2的流量不變，兩管中的流量大小分別用閥門1和閥門2進行調(diào)節(jié)；由于管2直接向虹吸池中供水，虹吸池中水位可不斷上升，此時止回閥會自動關閉，防止虹吸池中的水倒流回渠道中。

由于管1向控制池中供水，且管1向控制池供水的流量大于管3的出流水量（通過調(diào)整閥門1和閥門3的開度實現(xiàn)），使控制池中水位也會不斷上升；當虹吸池中水位上升到一定位置時，在輔助虹吸管作用下，能使虹吸管自動形成虹吸，即可向田間供水，進行第一周期的灌溉。由于渠道中的水會通過止回閥連續(xù)不斷地給虹吸池補水，此時水位會迅速變得穩(wěn)定，使虹吸流量不變，保證了向田間供水的穩(wěn)定性。

當虹吸管形成虹吸后，由于虹吸作用，使得管3中流速加大，流量變大，致使控制池中水位下降，當下降到輔助虹吸管進口時，吸入空氣，破壞虹吸管的真空，使虹吸管停止虹吸，進入周期停水時間。

裝置通過以上動作，完成了第一周期的灌水過程和停水過程。如此周而復始，實現(xiàn)了完整的波涌流灌溉。

圖1 渠道虹吸式波涌流自動控制灌溉裝置結(jié)構(gòu)

二、波涌流灌溉參數(shù)的調(diào)整

1.周期停水時間調(diào)整

通過適當調(diào)整閥門2的開度，從而調(diào)整進入虹吸池流量大小，控制虹吸池水位上升速度，以控制虹吸管再次形成虹吸的時間，從而可調(diào)整波涌流灌溉的周期停水時間。

2.周期灌水時間調(diào)整

通過適當調(diào)整閥門1開度和閥門3開度，控制池12中水位上升和下降時間，來調(diào)節(jié)虹吸管工作時間，從而實現(xiàn)了涌流灌溉的周期灌水。

通過以上方法，控制各閘閥的開度來調(diào)整周期灌水時間和周期停水時間，實現(xiàn)了不同灌溉技術(shù)要求的涌流灌溉。

3.灌溉流量調(diào)整

通過控制虹吸管上閥門 4的開度來調(diào)整虹吸管流量大小，滿足田間灌溉對流量大小的需要。通過以上各閘閥開度的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)對不同流量、不同周期灌溉時間、不同周期停水時間、不同循環(huán)率的涌流灌溉技術(shù)參數(shù)的調(diào)節(jié)，滿足了灌溉的需要。

4.其他參數(shù)的調(diào)整

已知周期停水時間、周期灌水時間、灌溉流量，其他參數(shù)如周期數(shù)、循環(huán)率、灌水時間、凈灌水時間等均可利用公式得出。

三、主要創(chuàng)新點

①新研制的以渠道水作為動力的渠道虹吸式波涌流自動灌溉裝置，能實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能、省時及自動化。

②通過各閥門的開度調(diào)節(jié)，可以調(diào)整各管道流量大小，從而調(diào)整供水時間和停水時間，實現(xiàn)波涌流灌溉參數(shù)調(diào)節(jié)的無級化。

③虹吸管外可接管道，能夠在渠道水灌溉的條件下實現(xiàn)管道化。

④由于各水池有各管的流量調(diào)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)率調(diào)整的任意化。

四、推廣應用價值

①目前全國97%以上灌區(qū)都是采用渠道輸水，因此選擇渠道條件下實現(xiàn)波涌流自動灌溉更符合我國的實際情況。

②利用渠道內(nèi)的灌溉水流為動力推動水車提水，省去了外動力及配套機構(gòu)，使應用更方便，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

③通過各閥門的開度調(diào)節(jié)，可以調(diào)整各管道流量大小，從而實現(xiàn)波涌流灌溉參數(shù)的無級調(diào)節(jié)，滿足實踐中對波涌流灌溉的各種不同要求。

④利用虹吸管自動灌水，可以節(jié)省勞動力，符合節(jié)約、高效的要求，群眾樂于接受。因該系統(tǒng)對灌溉水質(zhì)無特殊要求，所以渠道虹吸式波涌流自動灌溉系統(tǒng)有很好的推廣應用價值。

五、結(jié) 語

渠道虹吸式波涌流水力自動灌溉裝置研制成功，實現(xiàn)對周期灌水時間、周期停水時間、循環(huán)率等各波涌流灌溉參數(shù)的任意調(diào)節(jié)，具有節(jié)水、省時、節(jié)能、使用方便等特點。該裝置已經(jīng)獲得專利，具有廣闊的發(fā)展前景。 ■

[1]王春堂，等.涌灌自控系統(tǒng)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報，2006，37（1）.

[2]吳軍虎，等．間歇灌溉土壤間歇入滲數(shù)學模型研究現(xiàn)狀［J］．水土保持學報，2003，17（5）．

[3]王春堂，等.涌流灌溉水力自動控制系統(tǒng)設計[J]．中國工程機械學報，2008（3）．

[4]李心平，等.波涌灌溉核心設備—波涌閥的研究[J].農(nóng)機化研究，2006（4）.

[5]王春堂.涌流灌溉技術(shù)及水力自動裝置[J].排灌機械，2000（1）.

[6]陳軍.渠灌波涌自動灌溉設備研究[D].山東農(nóng)業(yè)大學，2007.

責任編輯 韋鳳年

Design of hydraulic automatic control devices for siphon surge irrigation

Zhou Peng,Wang Liming,Wang Chuntang

Regarding the problems with siphon surge irrigation at present,a water-saving device that can help to realize automatic irrigation is designed by taking the advantage of flow dynamics within the canal.It shall play a critical role in the development of water-saving irrigation technology.It helps to realize automatic surge irrigation by employing water wheel as power to lift water,and control siphon with voltage regulator pool and control pool(used as time-meter)under the condition of water conveyance in the canal,so as to complete the cycle of water supply and cut off.

surge irrigation;hydraulic automatic control device;siphon

S275

B

1000-1123（2017）09-0029-02

2017－03－02

周鵬，助理工程師。

山東省科技發(fā)展計劃項目渠灌區(qū)以灌溉水為動力的大田虹吸管式自動波涌流地面節(jié)水灌溉裝置及應用模式研究。