第二节　优化设计的主要内容

优化设计的特点，一是逆向思维，“先定结果方案，后算中间参数”，即先根据灌区的总面积和水源条件划分灌溉单元，根据单元面积确定轮灌面积、水泵参数、工作制度等结果数据。例如单元面积为150亩左右，水泵口径为65mm，流量为36m3/h，扬程为55m，功率为11kW，轮灌区面积为7～8亩等。然后根据结果优化管道规格，选择合适的灌水器、过滤器、施肥器、阀门等中间数据。二是造价约束，如十多年前大田喷灌的造价约束在每亩1000元以内，目前则一般不超过每亩1500元。选择材料和设备的过程中，随时用“性价比”这把“尺子”确定方案取舍。

喷滴灌优化设计方法是在实践中不断丰富的，笔者总结为“八化”。

一、单元小型化

灌溉单元，即一座泵站控制的灌溉面积。喷滴灌工程中管道成本占50％以上，优化设计应首先着眼于管道的优化，抓住这个主要矛盾。在管道造价中，干管成本占比较大。干管的成本与管径成正比，而干管直径与轮灌面积成正比，由轮灌面积决定。所以灌溉单元小型化（150亩左右为宜），既是减小轮灌面积的基础，也是优化设计的核心。

二、管材PE化

地埋管道应该用塑料管材，各种材质分析如下，以聚乙烯（PE）材料最理想。

（1）聚乙烯（PE）材料，具有良好的柔韧性，在使用中尚未发现爆破情况，而且价格较低，应优先选用。

（2）聚氯乙烯（U-PVC）材料，具有硬脆性，而且生产过程中容易掺加碳酸钙原料，使质量存在严重隐患，爆破事故常有发生，尽管价格很低，也应避免选用。

（3）聚丙烯（PP-R）材料，特点是耐热性好，适用于热水管道。但其具有冷脆性，不宜用于喷滴灌工程，而且价格较高，不应选用。

（4）镀锌钢管，存在易锈蚀的缺点，地埋管道中不宜选用，仅在喷头竖管和局部裸露地段采用。

三、管径精准化

笔者提出“管道允许水力损失”的概念及其参数hg允的计算公式。首先确定喷滴灌系统总扬程，例如平原灌区扬程为55m，减去喷头工作压力（25～35m）和喷头至水面垂直高差（3～5m），并预留支管允许水力损失（5m），余下的为干管允许水力损失（10～15m），并根据允许水力损失推导出精确计算管道直径的公式。

四、喷头塑料化

喷头又称为水枪，有塑料和金属两种材质。影响喷头寿命的主要因素是弹簧疲劳失效，而不同材质喷头的弹簧均为不锈钢材料，疲劳寿命相同，所以两种喷头的寿命基本相同。塑料喷头的价格仅为金属喷头的1/5左右，且金属喷头往往遭到偷窃，有时“寿命”仅1～2天，故应尽量选用塑料喷头，只有在性能不能满足时才用金属喷头。

五、微喷水带化

常规微喷灌的喷头安装有两种形式：一种是悬挂式，只能在大棚或有架子的地方使用；另一种是地插式，影响农户田间操作，而且造价是喷灌的2倍，一般在3000元/亩左右，应用的局限性很大，难以大面积推广。微喷水带是在薄壁PE管上打许多直径1mm左右的小孔，当水注满时成为水管，丝丝水流从小孔喷出，灌溉两边作物，达到微喷灌的效果，水放完后恢复扁状，故称为水带。水带微喷灌每亩投入200（全移动）～500（半移动）元，而且有不易堵塞的优点，适宜在平原灌区大面积推广。

六、滴灌薄壁化

滴灌管（带）的价格与其壁厚成比例，但寿命并不与壁厚和价格成正比。决定滴灌管寿命的主要是滴头的堵塞，而不是管壁的厚度。因此在目前对过滤设备投入不足，水质难以达到滴灌要求的状况下，选用管壁很厚的管材，是对投资的浪费。但壁厚小于0.2mm的“一次性”滴灌带会引起土壤塑料污染，因此提倡壁厚0.4～0.6mm为宜。

七、过滤泵前化

常见的过滤系统设计为在水泵出水管上安装几个至十几个过滤设备，都是泵后过滤。但泵后过滤使过滤器处于被动状态，即大量杂物吸入水泵会导致过滤器不堪重负、影响寿命，且清理任务繁重，水质难以符合要求。优化设计则是泵前过滤，即在水泵进水管口设置过滤网箱，把95％以上漂浮物、悬浮物拦截在水泵外面，使泵后过滤器得到“解放”，仅承担“查漏补缺”、精密过滤的作用，不仅水质更优，而且工作寿命延长。自制1.5m×1.5m×1.5m过滤网箱的成本约为700元/个，仅相当于直径80mm叠片式过滤器的价格，但其截污容积却超过后者百倍。

八、控制手机化

现代农业的发展对喷滴灌工程提出了自动控制要求。常见的自动化设备成本达1000～2000元/亩，农民难接受，推广有困难。优化设计是不断朝“简单”方向努力，现在已发展到了用手机直接控制电磁阀，再没有体积庞大的控制柜，也没有复杂的线路，利用手机就可实现远程无线控制，规模化（100亩以上）安装成本可降至500元/亩以内，成为“农民用得起的自动化”。

综上所述，经济型不是降低标准，而是优化设计、避免浪费，是力求“性价比”最大化。