劉少東，汪 春,2，衣淑娟

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163319; 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 南亞熱帶作物研究所循環(huán)農(nóng)業(yè)研究中心，廣東 湛江 524091)

滴灌是利用滴灌毛管(下文簡(jiǎn)稱毛管)、滴頭等設(shè)備，以滴水或細(xì)小水流的方式，濕潤(rùn)植物根區(qū)附近部分土壤的灌水方法[1]。由于具有較高的灌溉水利用系數(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在西北和東北旱區(qū)應(yīng)用面積較廣，應(yīng)用領(lǐng)域也從果蔬、經(jīng)濟(jì)作物和設(shè)施農(nóng)業(yè)推廣到大田作物，目前大田作物滴灌面積已達(dá)到整個(gè)滴灌面積的80%左右[2]。滴灌技術(shù)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高水資源利用效率作用顯著。灌水均勻度是評(píng)價(jià)滴灌效果的重要指標(biāo)，其受地面坡度、毛管長(zhǎng)度等因素的影響[3,4]。 我國(guó)耕地中坡耕地占一定比例，以黑龍江省為例，省內(nèi)丘陵漫崗地帶占全省土地面積的35.8%，坡度可達(dá)到3°～5°[5]。平地條件下，毛管一般在支管兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)，通過(guò)合理設(shè)置毛管長(zhǎng)度可獲得較高的灌水均勻度。坡地地形條件下，毛管沿坡布置時(shí)各滴孔水壓受其位置水頭影響，滴孔流量分布規(guī)律不同于平地地形條件。全順坡布置毛管可提高毛管灌水均勻度[6,7]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，毛管順逆坡雙向布置方式也較為常見(jiàn)，采用該布置方式，可降低水頭要求、節(jié)約投資并提高灌水質(zhì)量[8]。坡地滴灌毛管采用順逆坡雙向布置(非對(duì)稱布置，順坡毛管長(zhǎng)度大于逆坡毛管長(zhǎng)度)比全順坡布置更有利于提高灌水均勻度[9]。因此，不同地面坡度時(shí)順逆坡管長(zhǎng)的布置須隨坡度值做出對(duì)應(yīng)調(diào)整。

本文設(shè)置不同坡度條件，試驗(yàn)分析滴灌毛管不同順逆坡長(zhǎng)度組合的灌水均勻度變化規(guī)律，可為確定不同坡度下的順逆坡毛管合理布設(shè)長(zhǎng)度，進(jìn)一步提高坡地滴灌均勻度提供參考和借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

滴灌毛管選用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，具體參數(shù)為：滴孔間距為20 cm、毛管內(nèi)徑16 mm，壁厚0.3 mm。測(cè)試水源為經(jīng)200目過(guò)濾器過(guò)濾后的自來(lái)水。

灌水均勻度采用克里斯琴森(Christiansen)公式[1]計(jì)算，如式(1)所示。

(1)

1.2 雙向有坡滴灌試驗(yàn)方案

試驗(yàn)裝置如圖1所示。試驗(yàn)裝置由供水系統(tǒng)、坡度調(diào)節(jié)裝置和毛管組成。供水系統(tǒng)包括水泵和壓力調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)供水管向毛管提供穩(wěn)定水流。供水管采用PE管，由三通管連接于毛管上，供水管臨近三通管處裝有流量調(diào)節(jié)閥和水壓表。毛管固定于木方上，用鋼絲將木方懸掛起來(lái)，通過(guò)調(diào)節(jié)鋼絲長(zhǎng)度調(diào)節(jié)木方傾斜角度，模擬地面坡度。以毛管入水口處為O點(diǎn)，向兩側(cè)每10 m選取一個(gè)測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)儀器主要有精密壓力表、米尺、量杯和秒表。

圖1 試驗(yàn)裝置圖Fig.1 Diagram of test device

試驗(yàn)采用全因子設(shè)計(jì)方法，選擇坡度、順坡管長(zhǎng)和逆坡管長(zhǎng)為試驗(yàn)因素，采用順坡管長(zhǎng)大于逆坡管長(zhǎng)的非對(duì)稱布管方式。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果選定各因素水平值，試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)表Tab.1 Test parameter table

試驗(yàn)過(guò)程：按試驗(yàn)方案調(diào)節(jié)鋼絲和木方設(shè)定坡度，并布置順逆坡管長(zhǎng)，打開(kāi)水泵并通過(guò)流量調(diào)節(jié)閥將水壓調(diào)整至0.15 MPa(該壁厚毛管的正常工作壓力)，待毛管各滴孔出水量穩(wěn)定后，測(cè)取各測(cè)點(diǎn)流量。各組合分別重復(fù)試驗(yàn)3次，取平均值后用于分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 各試驗(yàn)因素對(duì)灌水均勻度的影響

此處分別分析討論地面坡度、順坡管長(zhǎng)和逆坡管長(zhǎng)對(duì)灌水均勻度的影響。地面坡度在生產(chǎn)實(shí)踐中非人為可以調(diào)節(jié)，需要根據(jù)實(shí)際坡度值合理設(shè)置順逆坡毛管長(zhǎng)度獲得最佳灌水均勻度。

采用SPSS軟件分別繪制各試驗(yàn)因素的灌水均勻度估算邊際均值曲線如圖2～圖4所示。

由圖2可以看到，地面坡度由1%變?yōu)?%灌水均勻度由83.53%增至83.63%，增加幅度較小；而當(dāng)坡度由2%變?yōu)?%時(shí)，灌水均勻度由83.63%增為86.42%，提高幅度較大。但就總體而言，灌水均勻度隨地面坡度增加而提高，表明在有坡地形條件下非對(duì)稱布管方式有利于提高灌水均勻度。

圖2 地面坡度的灌水均勻度估算邊際均值Fig.2 Estimation of marginal mean of irrigation uniformity of surface slope

如圖3曲線所示，逆坡管長(zhǎng)度對(duì)灌水均勻度的影響較為復(fù)雜。從邊際均值變化規(guī)律來(lái)看，與不設(shè)置逆坡毛管相比，逆坡管長(zhǎng)較短時(shí)，灌水均勻度略有所下降，隨逆坡管長(zhǎng)的增加，灌水均勻度開(kāi)始明顯增加，在達(dá)到峰值后又出現(xiàn)下降。表明在有坡地形下順逆坡雙向設(shè)置毛管時(shí)，逆坡管長(zhǎng)存在最佳長(zhǎng)度，高于此值或低于此值時(shí)，灌水均勻度均會(huì)下降，甚至可能會(huì)低于不設(shè)置逆坡管情形。逆坡毛管的最佳長(zhǎng)度需根據(jù)地面坡度和順坡管長(zhǎng)分別確定。圖3灌水均勻度邊際均值最小值為83.61%，最大值為85.65%，總體變幅較小。

圖3 逆坡管長(zhǎng)的灌水均勻度估算邊際均值Fig.3 Estimation of marginal mean of irrigation uniformity of pipe length on the reverse slope

圖4為順坡管長(zhǎng)的灌水均勻度邊際均值曲線。如圖中曲線所示，隨順坡管長(zhǎng)由50 m增加到90 m，灌水均勻度由94.29%減為69.11%，下降幅度很大。與坡度及逆坡管長(zhǎng)度等因素相比，順坡管長(zhǎng)變化引起灌水均勻度變幅最大，可知，在本文選定的因素中，順坡管長(zhǎng)對(duì)灌水均勻度影響最為顯著。因此，調(diào)節(jié)順坡管長(zhǎng)是控制坡地滴灌灌水均勻度的最有效手段。

圖4 順坡管長(zhǎng)的灌水均勻度估算邊際均值Fig.4 Estimation of marginal mean of irrigation uniformity along slope pipe length

2.2 最佳順逆坡管長(zhǎng)的確定

前文已述及，通過(guò)合理設(shè)置順逆坡毛管長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)對(duì)灌水均勻度的調(diào)整。分別繪制各順坡管長(zhǎng)下灌水均勻度的影響如圖5～圖9所示。

圖5所示為順坡管長(zhǎng)90 m時(shí)，灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)的變化曲線。從曲線中可以看出，1%和2%坡度下，灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)先降低后逐步上升，上升幅度較為平緩。逆坡管長(zhǎng)達(dá)40 m時(shí)灌水均勻度才超出全順坡(逆坡管長(zhǎng)0 m)布置方式。受限于本試驗(yàn)?zāi)嫫麻L(zhǎng)度水平，無(wú)法獲得繼續(xù)增加逆坡管長(zhǎng)后的灌水均勻度值，推測(cè)其會(huì)隨逆坡長(zhǎng)度增加繼續(xù)提高。從總體來(lái)看，在這兩個(gè)坡度水平下各逆坡管長(zhǎng)灌水均勻度均較低，低于80%的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。地面坡度3%時(shí)，隨逆坡管長(zhǎng)增加，灌水均勻度先下降后上升，逆坡管長(zhǎng)30 m時(shí)均勻度達(dá)到峰值80.46%后再次下降，但總體看3%水平下灌水均勻度較高，遠(yuǎn)高于1%和2%坡度的灌水均勻度值。

圖5 90 m順坡管灌水均勻度Fig.5 Irrigation uniformity of 90 m downhill pipe

由圖6可知，順坡管長(zhǎng)80 m的灌水均勻度與順坡管長(zhǎng)90 m情況相類似。1%、2%坡度下灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)增加亦呈先下降后上升的態(tài)勢(shì)。相比較而言，順坡管長(zhǎng)80 m灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)上升幅度較大，逆坡管長(zhǎng)30 m時(shí)均勻度即已高于全順坡情形。3%坡度下，灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)略微下降后上升，逆坡管長(zhǎng)30 m時(shí)，均勻度達(dá)到峰值后迅速下降。總體而言，順坡管長(zhǎng)80 m灌水均勻度普遍高于順坡管長(zhǎng)90 m情形。

圖6 80 m順坡管灌水均勻度Fig.6 Irrigation uniformity of 80 m downhill pipe

對(duì)圖7曲線分析可知，1%坡度下灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)增加微幅下降后即開(kāi)始上升，逆坡管長(zhǎng)40 m時(shí)仍處于上升態(tài)勢(shì)。地面坡度2%和3%條件下，灌水均勻度先下降后上升，達(dá)到峰值后再次下降。從圖7曲線可以看出，2%坡度條件下逆坡管長(zhǎng)在30～40 m間灌水均勻度達(dá)到最大值；3%坡度條件下逆坡管長(zhǎng)20～30 m間灌水均勻度達(dá)到極限值。在該順坡管長(zhǎng)條件下，各組合灌水均勻度均高于85%，處于較高水平。

圖7 70 m順坡管灌水均勻度Fig.7 Irrigation uniformity of 70 m downhill pipe

順坡管長(zhǎng)60 m條件下，灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)變化規(guī)律如圖8所示。 1%坡度下灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)增加而提高，與順坡管長(zhǎng)70～90 m間情形相比，隨逆坡管長(zhǎng)的增加，沒(méi)有出現(xiàn)先下降后上升的變化規(guī)律，逆坡管長(zhǎng)30 m達(dá)到峰值后開(kāi)始下降；2%、3%坡度下，灌水均勻度隨逆坡管長(zhǎng)度增加仍然先下降后上升，并均在逆坡毛管長(zhǎng)20～30 m間達(dá)到峰值后，其后均勻度開(kāi)始下降。

圖8 60 m順坡管灌水均勻度Fig.8 Irrigation uniformity of 60 m downhill pipe

如圖9所示，當(dāng)順坡管長(zhǎng)50 m時(shí)，1%～3%坡度下灌水均勻度均未出現(xiàn)均勻度先下降后上升的變化規(guī)律，而是隨逆坡管長(zhǎng)增加而直接提高，達(dá)到峰值后下降。但不同坡度的灌水均勻度峰值對(duì)應(yīng)的逆坡管長(zhǎng)不同。此外，各坡度達(dá)到峰值后灌水均勻度下降幅度也不相同，地面坡度越大，曲線達(dá)到峰值后下降幅度也越大。

圖9 50 m順坡管灌水均勻度Fig.9 Irrigation uniformity of 50 m downhill pipe

綜合分析圖5～圖9，在一定坡度條件下，順坡管長(zhǎng)和逆坡管長(zhǎng)存在最優(yōu)組合，使得灌水均勻度最大?，F(xiàn)將本試驗(yàn)中坡度和順坡管長(zhǎng)組合的最大灌水均勻度對(duì)應(yīng)的最佳逆坡管長(zhǎng)度列入表2。

表2 最佳逆坡管長(zhǎng)度Tab.2 Optimum length of adverse slope

由于本試驗(yàn)?zāi)嫫鹿荛L(zhǎng)度水平以10 m為水平差，最長(zhǎng)至40 m，表2數(shù)據(jù)以實(shí)際測(cè)得數(shù)據(jù)列入。實(shí)際上最大灌水均勻度和最優(yōu)逆坡管長(zhǎng)度可能超出40 m或在整數(shù)值之間。但從表2數(shù)據(jù)仍可看出：順坡管長(zhǎng)越短，灌水均勻度越高；有坡地形條件下存在最佳順逆坡長(zhǎng)度值，較長(zhǎng)的順坡管長(zhǎng)應(yīng)設(shè)置較長(zhǎng)的逆坡毛管，才能獲得較高的灌水均勻度；最佳逆坡管長(zhǎng)同時(shí)也受地形坡度影響，在順坡管長(zhǎng)相同的情況下，地形坡度越大，最佳逆坡管長(zhǎng)越短。文獻(xiàn)[1]要求，滴灌灌水均勻度不宜低于80%。由表2中數(shù)據(jù)，建議：水壓與本文相近條件下，地面坡度1%和2%時(shí)順坡管長(zhǎng)不宜長(zhǎng)于80 m；地面坡度3%時(shí)順坡管長(zhǎng)不宜長(zhǎng)于90 m。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)輔以適當(dāng)長(zhǎng)度的逆坡管。

需注意的是，表2列出的各組合，如其對(duì)應(yīng)的灌水均勻度曲線出現(xiàn)“先增大后減小”規(guī)律，則表2峰值數(shù)據(jù)可作為實(shí)踐中順、逆坡管長(zhǎng)度設(shè)置參考。其余數(shù)據(jù)，由于逆坡管長(zhǎng)度試驗(yàn)水平限制，最佳逆坡管長(zhǎng)可能未在圖中得以體現(xiàn)。

2.3 毛管順逆坡出水量規(guī)律

毛管灌水均勻度由各測(cè)點(diǎn)的出水量計(jì)算得出，因此灌水均勻度變化可從順逆坡各測(cè)點(diǎn)出水量規(guī)律中找到原因。本試驗(yàn)中每10 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，以毛管入水口處為0點(diǎn)，順坡各測(cè)點(diǎn)位置分別為10 m、20 m、…，逆坡各測(cè)點(diǎn)位置分別為-10 m、-20 m、…。繪制各坡度下不同順坡管長(zhǎng)的出水量曲線如圖10～圖12所示。

圖10為隨逆坡管從0 m增至40 m，各測(cè)點(diǎn)出水量變化形態(tài)走向規(guī)律較為類似。

逆坡管長(zhǎng)度為0時(shí)，毛管入水口處測(cè)點(diǎn)出水量最大，隨測(cè)點(diǎn)距入水口距離的增加，滴孔出水量逐步減少。但從具體變幅來(lái)看，順坡管長(zhǎng)度越長(zhǎng)，下降幅度越大。列出逆坡管長(zhǎng)0 m，順坡管長(zhǎng)50、60、70、80、90 m時(shí)，毛管入水口近遠(yuǎn)端出水量數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3數(shù)據(jù)可以看出：隨著順坡管長(zhǎng)度減小，入水口處出水量小幅增加，但末端滴孔出水量大幅增加，首末端出水量差減小。前文2.2小節(jié)提到，毛管灌水均勻度隨順坡管長(zhǎng)度減小而逐步增加，其原因就是：順坡管長(zhǎng)減小，首末端出水量差減小，均勻度得以提高。

圖10 坡度1%時(shí)各管長(zhǎng)組合出水量Fig.10 Output of each group at 1% slope

表3 毛管近遠(yuǎn)端出水量值Tab.3 Proximal and distal capillary effluent values

相較于全順坡布置，逆坡管長(zhǎng)不為0 m時(shí)，毛管各滴孔出水量均有下降，總體而言入水口近端下降較多，遠(yuǎn)端下降較少。入水口處滴孔出水量最大，但與全順坡布置(逆坡管長(zhǎng)為0 m)相比，該處峰值隨逆坡管長(zhǎng)的增加逐漸減小。文獻(xiàn)[9]指出正是這一“削峰”作用提高了毛管灌水均勻度。

綜合比較圖10，可以看到，圖10逆坡滴孔出水量均高于順坡等距點(diǎn)出水量。以順坡毛管10 m處和逆坡毛管10 m處測(cè)點(diǎn)為例，分析其原因：順坡毛管較長(zhǎng)，通過(guò)順坡10 m處的水流流量及流速均較大，水流流速快引起壓力降低；而逆坡方向毛管較短，逆坡10 m處流量和流速均較低，水流流速低而水壓高。雖然順坡10 m處比逆坡10 m處高程降低， 但1%坡度下該兩點(diǎn)間高差形成的壓力增量，不足以抵償本試驗(yàn)各順坡管長(zhǎng)條件下流速差異造成的壓力下降量。在坡度一定的情況下，順坡管與逆坡管長(zhǎng)度差值越大，則逆坡管與順坡管之間的流量及流速差越大，逆坡管滴孔流量會(huì)越明顯地高于順坡管等距點(diǎn)流量。

前文2.3小節(jié)已提及，在本試驗(yàn)多種組合下出現(xiàn)隨逆坡管長(zhǎng)度的增加，灌水均勻度“先降低后上升”的現(xiàn)象。其原因是：當(dāng)順坡管較長(zhǎng)而逆坡管較短時(shí)，入水口逆坡方向近端滴孔出水量較大，該出水量值無(wú)法明顯提高出水量均值，但卻在測(cè)點(diǎn)出水量數(shù)據(jù)上出現(xiàn)除入水口峰值外的另一個(gè)較高值。而在逆坡管長(zhǎng)為0 m時(shí)(全順坡布置狀態(tài))，曲線中只有峰值處一個(gè)較高出水量值。這就會(huì)使在均值接近的情況下，逆坡管較短時(shí)的灌水均勻度低于全順坡布置，出現(xiàn)圖5～圖7中，隨逆坡管長(zhǎng)增加1%坡度灌水均勻度曲線出現(xiàn)“先降低”的現(xiàn)象。其后，隨逆坡管長(zhǎng)的增加，入水口處流量峰值及逆坡管各滴孔出水量均會(huì)發(fā)生明顯降低，趨向出水量均值，從而使得灌水均勻度不斷提高，灌水均勻度曲線出現(xiàn)“后上升”現(xiàn)象。

如果逆坡管長(zhǎng)進(jìn)一步增加，逆坡管末端會(huì)進(jìn)一步下降至等于甚至低于毛管平均出水量，使得灌水均勻度達(dá)到峰值并開(kāi)始下降。此時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)圖8和圖9中1%坡度灌水均勻度達(dá)到峰值后再次出現(xiàn)下降的變化規(guī)律。圖5～圖7曲線未出現(xiàn)峰值，是由于試驗(yàn)?zāi)嫫鹿荛L(zhǎng)較短所致。該現(xiàn)象表明，一定坡度下不同順坡管長(zhǎng)對(duì)應(yīng)著最佳逆坡管長(zhǎng)，使得該順坡管長(zhǎng)度下灌水均勻度最高。

圖11為各圖分別是2%坡度下，順坡管長(zhǎng)分別為50～90 m與逆坡管長(zhǎng)分別是0～40 m各試驗(yàn)組合毛管出水量規(guī)律。

綜合圖11各圖可以看到，與1%坡度地形的出水量規(guī)律相似：入水口處滴孔出水量最大。隨著順坡管長(zhǎng)減短，滴孔出水量峰值降低、低值提高，毛管出水量最大值和最小值差值減小，毛管灌水均勻度提高。由于2%坡度下順逆坡等距測(cè)點(diǎn)高差形成水壓增加量，相對(duì)于順逆坡管長(zhǎng)不同而形成流速差產(chǎn)生的水壓減小量仍較小，多數(shù)測(cè)點(diǎn)仍然存在逆坡滴孔出水量均高于順坡等距點(diǎn)出水量。相應(yīng)地，在2%坡度下也存在著順坡管較長(zhǎng)時(shí)，隨逆坡管長(zhǎng)增加灌水均勻度先降后升、達(dá)到峰值后下降的規(guī)律(圖6～圖9中2%坡度曲線所示)；當(dāng)順坡管較短時(shí)，灌水均勻度隨逆坡管的增長(zhǎng)，直接增加至峰值(圖10中2%坡度曲線所示)。但對(duì)于順逆坡管長(zhǎng)度差不大的情況，高差形成的水壓增加已經(jīng)超越流速差異形成的水壓降幅，出現(xiàn)逆坡管末端測(cè)點(diǎn)出流量小于順坡等距點(diǎn)出流量的情況，如圖11(d)～圖11(e)中逆坡管長(zhǎng)40 m曲線所示。

圖11 坡度2%時(shí)各管長(zhǎng)組合出水量Fig.11 Output of each group at 2% slope

在圖11(a)～圖11(c)中，毛管入水口處滴孔出水量最大，順坡方向滴孔出水量先下降后增加，出水量最低點(diǎn)出現(xiàn)在距入水口約50～60 m處；而在圖11(d)和圖11(e)中，順坡管長(zhǎng)度分別為60和50 m時(shí)，其出水量最低點(diǎn)出現(xiàn)在順坡毛管末段。該現(xiàn)象表明：順坡管長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，順坡管出水量最低點(diǎn)不在毛管末端，而在管中位置，表現(xiàn)為出水量曲線在后端上翹。順坡管長(zhǎng)90 m時(shí)出水量最低點(diǎn)在距入水口50 m處，順坡管長(zhǎng)80和70 m時(shí)出水量最低點(diǎn)在距入水口60 m處。分析其原因：由水流的能量方程可知，順坡方向各滴孔高程漸次降低，會(huì)對(duì)各孔壓力水頭產(chǎn)生補(bǔ)償，使得滴孔壓力水頭增加。同時(shí)，由于管內(nèi)水頭損失與水流流速的平方成正比，在入水口至出水量最低點(diǎn)之間的管段，由于管內(nèi)水流速度較快，2%坡降形成的位置水頭補(bǔ)償不足以抵消水頭損失。因此，該段毛管向末端方向各滴孔水壓及出水量仍然逐漸下降。而在出水量最低點(diǎn)至毛管末端管段，由于前段滴孔的分流作用，使得該管段過(guò)流量與流速降至較低值，此處2%坡降形成的位置水頭補(bǔ)償大于水頭損失，使得該段毛管滴孔出水量開(kāi)始增加。越靠近毛管末端，水流速度越慢，出水量越大，即出現(xiàn)了前述出水量曲線“翹尾”現(xiàn)象。當(dāng)管長(zhǎng)越長(zhǎng)，毛管首末端流速差越大，該現(xiàn)象越明顯。反之，則該現(xiàn)象不明顯，如圖11(d)和圖11(e)所示。

圖12為地面坡度3%時(shí)不同管長(zhǎng)組合下毛管各測(cè)點(diǎn)出水量變化規(guī)律。

與圖10、圖11較為相似，圖12表明隨順坡管減短，毛管各測(cè)點(diǎn)灌水均勻度趨向均勻，因此灌水均勻度可得以提高。逆坡管的設(shè)置降低了毛管各滴孔出水量，但入水口近端下降明顯，末端出水量降幅較小。從順逆坡各測(cè)點(diǎn)出水量對(duì)比來(lái)看，仍較多地存在逆坡管滴孔出水量大于順坡等距滴孔的情況。

圖12 坡度3%時(shí)各管長(zhǎng)組合出水量Fig.12 Output of each group at 3% slope

同時(shí)還可以看到圖12毛管出水量沿順坡方向先減小后增大，“翹尾”現(xiàn)象明顯，順坡管出水量最低點(diǎn)均在毛管中部，原因前文中已做解釋。出現(xiàn)該情況后，順坡毛管末端出水量出現(xiàn)上升，避免了首尾滴孔出水量差的進(jìn)一步擴(kuò)大，有利于提高灌水均勻度。由于3%坡度地形高程下降引起的水壓增加相比2%坡度更大，因此出水量最低點(diǎn)距入水口的距離較2%坡度地形更近一些。同時(shí)也可看到，順坡管長(zhǎng)不同，出水量最低點(diǎn)距入水口的距離隨之發(fā)生變化。順坡管長(zhǎng)由90 m減為50 m時(shí)，出水量最低點(diǎn)從距入水口50 m前移至距入水口30 m?？梢?jiàn)，順坡管長(zhǎng)越短，最低點(diǎn)越靠近入水口。

值得注意的是，圖12(a)中順坡管較長(zhǎng)時(shí)(長(zhǎng)90 m)，逆坡40 m出水量曲線在逆坡管末端出現(xiàn)出水量陡降現(xiàn)象。這是由于地形坡度較大，隨著逆坡方向管距和高程增加、水頭損失與流量減少會(huì)使得毛管內(nèi)水壓力迅速下降，在逆坡40 m處壓力已不足以維持毛管正常出水。在試驗(yàn)過(guò)程中可明顯觀察到，逆坡毛管距入水口一定距離的毛管管壁松弛，滴孔出水已非管內(nèi)水壓主導(dǎo)，近似無(wú)壓流自然滲漏狀態(tài)，其出水量遠(yuǎn)小于相鄰近入水口端受一定水壓的管段。該現(xiàn)象表明確保滴孔正常出水逆坡管長(zhǎng)存在極限值，超出該長(zhǎng)度后，出水量將顯著降低，灌水均勻度也相應(yīng)明顯下降。因此，在有坡地形的灌水實(shí)踐中，逆坡管長(zhǎng)應(yīng)取合理值以維持管內(nèi)水壓，過(guò)長(zhǎng)的逆坡毛管會(huì)使滴孔出水量陡降甚至出現(xiàn)不出流現(xiàn)象。本試驗(yàn)中，3%坡度下不同順坡管長(zhǎng)下逆坡毛管不宜超過(guò)30 m。1%和2%坡度下均未出現(xiàn)這一現(xiàn)象。由此可知，逆坡管長(zhǎng)的合理長(zhǎng)度主要由坡度決定，但同時(shí)受順坡管長(zhǎng)影響。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)方差分析結(jié)果表明，本文選定的因素地面坡度、順坡管長(zhǎng)和逆坡管長(zhǎng)均對(duì)毛管灌水均勻度有明顯影響。從各因素的影響程度來(lái)看，順坡管長(zhǎng)對(duì)灌水均勻度的影響最為顯著，地面坡度與逆坡管長(zhǎng)影響較小。由于地面坡度為人為不可控因素，在滴灌布管實(shí)踐中可通過(guò)合理設(shè)置順、逆坡管長(zhǎng)，獲得最佳灌水均勻度。

(2)各因素的影響規(guī)律是：順坡管長(zhǎng)越短，灌水均勻度越高；對(duì)不同長(zhǎng)度順坡毛管，逆坡毛管存在最佳長(zhǎng)度使得毛管灌水均勻度最高，高于或低于此值，灌水均勻度均會(huì)有所下降；灌水均勻度隨地面坡度增加而提高，逆坡毛管較短的雙向非對(duì)稱布管方式對(duì)有坡地形適應(yīng)性較好，有利于提高毛管灌水均勻度。

(3)最佳逆坡管長(zhǎng)度受順坡管長(zhǎng)和地面坡度影響。坡度相同條件下，最佳逆坡管長(zhǎng)隨順坡管長(zhǎng)的增加而增加；在順坡管長(zhǎng)相同的條件下，最佳逆坡管長(zhǎng)隨坡度增加而減小。文中已給出順逆坡毛管設(shè)置建議。

(4)毛管出水量總體分布規(guī)律是入水口處出水量為峰值，兩側(cè)出水量開(kāi)始減小。各因素對(duì)毛管出水量分布規(guī)律有不同影響：順坡管長(zhǎng)減小可使滴孔出水量趨于均勻，提高了灌水均勻度；地面坡度足夠大時(shí)，會(huì)使順坡毛管出水量出現(xiàn)“翹尾”現(xiàn)象，坡度增加使得順坡管滴孔出水量最低點(diǎn)向入水口靠近；逆坡管的設(shè)置使得毛管各滴孔出水量均有所下降，近入水口處滴孔出水量下降較多，遠(yuǎn)端滴孔出水量下降較少，這一“削峰”作用有利于提高灌水均勻度。在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，隨逆坡管長(zhǎng)度增加，該作用不斷增強(qiáng)，但超出一定范圍后，逆坡毛管末端出水量陡降，會(huì)引起灌水均勻度下降。