周 鹏，王黎明，王春堂

（1.山东省淄博市水利勘测设计院，255000，淄博；2.山东农业大学水利土木工程学院，271018，泰安）

虹吸式波涌流灌溉水力自控装置设计

周 鹏1，王黎明1，王春堂2

（1.山东省淄博市水利勘测设计院，255000，淄博；2.山东农业大学水利土木工程学院，271018，泰安）

针对目前波涌流灌溉存在的问题，设计一种能利用渠道内的水流动力，实现波涌流自动灌溉的节水灌溉装置，是推动波涌流节水灌溉技术发展的重要措施。研制的渠道虹吸式波涌流水力自动控制灌溉装置可在渠道输水的条件下，利用水车提升水流作为动力，通过稳压池、控制池（起计时器作用）等部件控制虹吸管定时形成虹吸或断开虹吸，完成波涌流节水灌溉的周期供水和周期停水，实现波涌流自动化灌溉。

波涌流灌溉；水力自控装置；虹吸式

波涌流灌溉作为一种新型的绿色灌溉方式，具有节水、省时、节能、保肥、增产、降低劳动强度、降低农业成本等特点。虽然大田灌溉模式的波涌灌溉研究已比较成熟，但其推广利用却处于瓶颈状态，主要原因就是没有一套适合我国国情的波涌流灌溉装置与之配套。目前已有的波涌流灌溉装置，投资费用较高且操作较复杂，需要较高的管理水平，波涌流灌溉对装置的维护和保养要求比较高。因此，设计一种能用渠道内水流为动力实现波涌流自动灌溉的节水灌溉系统，是推动波涌流节水灌溉技术发展的重要措施。

一、设计原理

1.设计思路

渠道虹吸式波涌流自动灌溉系统可在渠道输水条件下利用水车提升水流作为动力，通过稳压池、控制池（起计时器作用）等部件控制虹吸管定时形成虹吸或断开虹吸，完成波涌流节水灌溉的周期供水和周期停水，实现波涌流自动化灌溉。

2.结构组成

渠道虹吸式波涌流自动控制灌溉装置由进水池、渠道、水车、接水器、稳压池、连接管道、控制池、闸门、虹吸池、虹吸管及辅助虹吸管等部件组成，原理如图1所示。

3.结构设计

将水车固定在渠道中，利用水流的冲击力推动水车转动，水车转动可把一部分水提升到水车上部，倒入接水器中，接水器一端固定在水车上，另一端与稳压池相连，稳压池固定在渠道上方，通过管2与虹吸池相连，虹吸池再用止回阀与渠道相通，控制池通过管1与稳压池连接，同时控制池经由管3与虹吸管顶部相通，虹吸管固定在虹吸池侧壁上。

4.工作原理

将装置固定好后，当渠道中有水流通过时，水流冲击水车转动，在水车边缘上设置有水斗，当水斗随水车转动到下部时，其位置要低于渠道中的水位，能使水斗内装满水，水斗随水车转动，将渠道中的一部分水抬高到水车顶部，倒入接水器中，水由接水器输入到稳压池中，多余的水由稳压池顶溢流到渠道内，能保证稳压池内始终充满水，起到稳压作用，以能使进入管1和管2的流量不变，两管中的流量大小分别用阀门1和阀门2进行调节；由于管2直接向虹吸池中供水，虹吸池中水位可不断上升，此时止回阀会自动关闭，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（通过调整阀门1和阀门3的开度实现），使控制池中水位也会不断上升；当虹吸池中水位上升到一定位置时，在辅助虹吸管作用下，能使虹吸管自动形成虹吸，即可向田间供水，进行第一周期的灌溉。由于渠道中的水会通过止回阀连续不断地给虹吸池补水，此时水位会迅速变得稳定，使虹吸流量不变，保证了向田间供水的稳定性。

当虹吸管形成虹吸后，由于虹吸作用，使得管3中流速加大，流量变大，致使控制池中水位下降，当下降到辅助虹吸管进口时，吸入空气，破坏虹吸管的真空，使虹吸管停止虹吸，进入周期停水时间。

装置通过以上动作，完成了第一周期的灌水过程和停水过程。如此周而复始，实现了完整的波涌流灌溉。

图1 渠道虹吸式波涌流自动控制灌溉装置结构

二、波涌流灌溉参数的调整

1.周期停水时间调整

通过适当调整阀门2的开度，从而调整进入虹吸池流量大小，控制虹吸池水位上升速度，以控制虹吸管再次形成虹吸的时间，从而可调整波涌流灌溉的周期停水时间。

2.周期灌水时间调整

通过适当调整阀门1开度和阀门3开度，控制池12中水位上升和下降时间，来调节虹吸管工作时间，从而实现了涌流灌溉的周期灌水。

通过以上方法，控制各闸阀的开度来调整周期灌水时间和周期停水时间，实现了不同灌溉技术要求的涌流灌溉。

3.灌溉流量调整

通过控制虹吸管上阀门 4的开度来调整虹吸管流量大小，满足田间灌溉对流量大小的需要。通过以上各闸阀开度的调节，可实现对不同流量、不同周期灌溉时间、不同周期停水时间、不同循环率的涌流灌溉技术参数的调节，满足了灌溉的需要。

4.其他参数的调整

已知周期停水时间、周期灌水时间、灌溉流量，其他参数如周期数、循环率、灌水时间、净灌水时间等均可利用公式得出。

三、主要创新点

①新研制的以渠道水作为动力的渠道虹吸式波涌流自动灌溉装置，能实现节水、节能、省时及自动化。

②通过各阀门的开度调节，可以调整各管道流量大小，从而调整供水时间和停水时间，实现波涌流灌溉参数调节的无级化。

③虹吸管外可接管道，能够在渠道水灌溉的条件下实现管道化。

④由于各水池有各管的流量调节，能够实现循环率调整的任意化。

四、推广应用价值

①目前全国97%以上灌区都是采用渠道输水，因此选择渠道条件下实现波涌流自动灌溉更符合我国的实际情况。

②利用渠道内的灌溉水流为动力推动水车提水，省去了外动力及配套机构，使应用更方便，符合可持续发展的要求。

③通过各阀门的开度调节，可以调整各管道流量大小，从而实现波涌流灌溉参数的无级调节，满足实践中对波涌流灌溉的各种不同要求。

④利用虹吸管自动灌水，可以节省劳动力，符合节约、高效的要求，群众乐于接受。因该系统对灌溉水质无特殊要求，所以渠道虹吸式波涌流自动灌溉系统有很好的推广应用价值。

五、结 语

渠道虹吸式波涌流水力自动灌溉装置研制成功，实现对周期灌水时间、周期停水时间、循环率等各波涌流灌溉参数的任意调节，具有节水、省时、节能、使用方便等特点。该装置已经获得专利，具有广阔的发展前景。 ■

[1]王春堂，等.涌灌自控系统研究[J].山东农业大学学报，2006，37（1）.

[2]吴军虎，等．间歇灌溉土壤间歇入渗数学模型研究现状［J］．水土保持学报，2003，17（5）．

[3]王春堂，等.涌流灌溉水力自动控制系统设计[J]．中国工程机械学报，2008（3）．

[4]李心平，等.波涌灌溉核心设备—波涌阀的研究[J].农机化研究，2006（4）.

[5]王春堂.涌流灌溉技术及水力自动装置[J].排灌机械，2000（1）.

[6]陈军.渠灌波涌自动灌溉设备研究[D].山东农业大学，2007.

责任编辑 韦凤年

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

周鹏，助理工程师。

山东省科技发展计划项目渠灌区以灌溉水为动力的大田虹吸管式自动波涌流地面节水灌溉装置及应用模式研究。