第二節　優化設計的主要內容

優化設計的特點，一是逆向思維，“先定結果方案，后算中間參數”，即先根據灌區的總面積和水源條件劃分灌溉單元，根據單元面積確定輪灌面積、水泵參數、工作制度等結果數據。例如單元面積為150畝左右，水泵口徑為65mm，流量為36m3/h，揚程為55m，功率為11kW，輪灌區面積為7～8畝等。然后根據結果優化管道規格，選擇合適的灌水器、過濾器、施肥器、閥門等中間數據。二是造價約束，如十多年前大田噴灌的造價約束在每畝1000元以內，目前則一般不超過每畝1500元。選擇材料和設備的過程中，隨時用“性價比”這把“尺子”確定方案取舍。

噴滴灌優化設計方法是在實踐中不斷豐富的，筆者總結為“八化”。

一、單元小型化

灌溉單元，即一座泵站控制的灌溉面積。噴滴灌工程中管道成本占50％以上，優化設計應首先著眼于管道的優化，抓住這個主要矛盾。在管道造價中，干管成本占比較大。干管的成本與管徑成正比，而干管直徑與輪灌面積成正比，由輪灌面積決定。所以灌溉單元小型化（150畝左右為宜），既是減小輪灌面積的基礎，也是優化設計的核心。

二、管材PE化

地埋管道應該用塑料管材，各種材質分析如下，以聚乙烯（PE）材料最理想。

（1）聚乙烯（PE）材料，具有良好的柔韌性，在使用中尚未發現爆破情況，而且價格較低，應優先選用。

（2）聚氯乙烯（U-PVC）材料，具有硬脆性，而且生產過程中容易摻加碳酸鈣原料，使質量存在嚴重隱患，爆破事故常有發生，盡管價格很低，也應避免選用。

（3）聚丙烯（PP-R）材料，特點是耐熱性好，適用于熱水管道。但其具有冷脆性，不宜用于噴滴灌工程，而且價格較高，不應選用。

（4）鍍鋅鋼管，存在易銹蝕的缺點，地埋管道中不宜選用，僅在噴頭豎管和局部裸露地段采用。

三、管徑精準化

筆者提出“管道允許水力損失”的概念及其參數hg允的計算公式。首先確定噴滴灌系統總揚程，例如平原灌區揚程為55m，減去噴頭工作壓力（25～35m）和噴頭至水面垂直高差（3～5m），并預留支管允許水力損失（5m），余下的為干管允許水力損失（10～15m），并根據允許水力損失推導出精確計算管道直徑的公式。

四、噴頭塑料化

噴頭又稱為水槍，有塑料和金屬兩種材質。影響噴頭壽命的主要因素是彈簧疲勞失效，而不同材質噴頭的彈簧均為不銹鋼材料，疲勞壽命相同，所以兩種噴頭的壽命基本相同。塑料噴頭的價格僅為金屬噴頭的1/5左右，且金屬噴頭往往遭到偷竊，有時“壽命”僅1～2天，故應盡量選用塑料噴頭，只有在性能不能滿足時才用金屬噴頭。

五、微噴水帶化

常規微噴灌的噴頭安裝有兩種形式：一種是懸掛式，只能在大棚或有架子的地方使用；另一種是地插式，影響農戶田間操作，而且造價是噴灌的2倍，一般在3000元/畝左右，應用的局限性很大，難以大面積推廣。微噴水帶是在薄壁PE管上打許多直徑1mm左右的小孔，當水注滿時成為水管，絲絲水流從小孔噴出，灌溉兩邊作物，達到微噴灌的效果，水放完后恢復扁狀，故稱為水帶。水帶微噴灌每畝投入200（全移動）～500（半移動）元，而且有不易堵塞的優點，適宜在平原灌區大面積推廣。

六、滴灌薄壁化

滴灌管（帶）的價格與其壁厚成比例，但壽命并不與壁厚和價格成正比。決定滴灌管壽命的主要是滴頭的堵塞，而不是管壁的厚度。因此在目前對過濾設備投入不足，水質難以達到滴灌要求的狀況下，選用管壁很厚的管材，是對投資的浪費。但壁厚小于0.2mm的“一次性”滴灌帶會引起土壤塑料污染，因此提倡壁厚0.4～0.6mm為宜。

七、過濾泵前化

常見的過濾系統設計為在水泵出水管上安裝幾個至十幾個過濾設備，都是泵后過濾。但泵后過濾使過濾器處于被動狀態，即大量雜物吸入水泵會導致過濾器不堪重負、影響壽命，且清理任務繁重，水質難以符合要求。優化設計則是泵前過濾，即在水泵進水管口設置過濾網箱，把95％以上漂浮物、懸浮物攔截在水泵外面，使泵后過濾器得到“解放”，僅承擔“查漏補缺”、精密過濾的作用，不僅水質更優，而且工作壽命延長。自制1.5m×1.5m×1.5m過濾網箱的成本約為700元/個，僅相當于直徑80mm疊片式過濾器的價格，但其截污容積卻超過后者百倍。

八、控制手機化

現代農業的發展對噴滴灌工程提出了自動控制要求。常見的自動化設備成本達1000～2000元/畝，農民難接受，推廣有困難。優化設計是不斷朝“簡單”方向努力，現在已發展到了用手機直接控制電磁閥，再沒有體積龐大的控制柜，也沒有復雜的線路，利用手機就可實現遠程無線控制，規模化（100畝以上）安裝成本可降至500元/畝以內，成為“農民用得起的自動化”。

綜上所述，經濟型不是降低標準，而是優化設計、避免浪費，是力求“性價比”最大化。