高效節(jié)水灌溉技術(shù)-噴灌技術(shù)研究

李 源 張 賓 牛國(guó)凱

（鄭州市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450006）

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)耕地面積12hm2，種植作物類型為露地花卉，水源來自煤礦排水口，提水至新建蓄水池調(diào)蓄后進(jìn)行灌溉，采用固定管道式噴灌。

2 灌溉制度制定

2.1 灌溉定額及設(shè)計(jì)灌水周期[1]

研究區(qū)種植作物為花卉，采用充分灌溉，種植比例100%，年灌水次數(shù)為30 次，灌水定額為40mm，灌溉方式為噴灌，灌溉水利用系數(shù)0.87，灌溉定額1 200mm，毛灌溉定額1 379.3mm。設(shè)計(jì)灌水周期根據(jù)按下式計(jì)算：T=m/Ep。 其中，T 為設(shè)計(jì)灌水周期，d；m 為設(shè)計(jì)灌水定額，取40mm；EP為作物日需水量，mm/d，取符合設(shè)計(jì)保證率的代表年的灌水臨界期的平均日需水量， 花卉取7mm/d。 經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)灌水周期為5.7d。

2.2 灌溉制度制定

經(jīng)過灌溉定額及設(shè)計(jì)灌溉周期計(jì)算，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，研究區(qū)花卉灌溉制度見表1。

表1 研究區(qū)灌溉制度表

3 水源工程

研究區(qū)利用北部?jī)勺陆ㄐ钏剡M(jìn)行灌溉，水源來自煤礦排水口，根據(jù)水源劃分控制耕地范圍，控制耕地面積A=12hm2，均為花卉。

3.1 單次灌溉最大用水量及年灌溉用水量

根據(jù)研究區(qū)設(shè)計(jì)灌溉制度，單次灌溉最大用水量Wm=10m花卉×A/η/10 000=10×40×12/0.87/10 000=0.56 萬m3，新建蓄水池總?cè)莘e需不小于0.56 萬m3。 新建蓄水池控制耕地年灌溉用水量Wj=0.001M花卉A/η=0.001×1 200×12/0.87=16.55 萬m3。

3.2 調(diào)蓄工程規(guī)模

3.2.1 單次灌溉補(bǔ)水用時(shí)

兩座新建蓄水池利用排水口進(jìn)行補(bǔ)水， 總排水流量為233.33m3/h，補(bǔ)水方式為一干兩支同時(shí)補(bǔ)水。 單次灌溉最大用水量為0.28 萬m3，補(bǔ)水時(shí)間為1.5d。 結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗(yàn)，單次補(bǔ)水最大用時(shí)滿足灌溉要求，水源控制耕地范圍可維持原設(shè)計(jì)，不需縮小。

3.2.2 調(diào)蓄工程規(guī)模確定

由于新建蓄水池有外部穩(wěn)定水源進(jìn)行補(bǔ)水，調(diào)蓄工程規(guī)模滿足單次灌溉最大用水量需求即可。 本次擬定年補(bǔ)水次數(shù)為14次，調(diào)蓄工程規(guī)模為16.55/14=1.18 萬m3。 本次新建蓄水池規(guī)模確定為0.6 萬m3，總規(guī)模1.2 萬m3，可滿足控制耕地灌溉需求。

3.2.3 新建蓄水池設(shè)計(jì)

本次灌溉水源來自煤礦排水口，因煤礦排水含有較多的懸浮顆粒，為滿足花卉噴灌用水水質(zhì)要求，設(shè)計(jì)礦水沉淀池1 座。礦水沉淀池位于研究區(qū)東部，V=3 000m3，設(shè)計(jì)水深2.5m，平面尺寸為25m×40m，占地面積1 066m2。蓄水池位于研究區(qū)北部，根據(jù)劃分的灌溉區(qū)域，以及調(diào)蓄工程規(guī)模計(jì)算，單座V=6 000m2，設(shè)計(jì)水深2.5m，平面尺寸為40m×50m，占地面積2 091m2。 礦水沉淀池及蓄水池迎水面采用M7.5 漿砌石擋墻， 池底為300mm 厚漿砌石。 漿砌石擋墻每20m 設(shè)置2cm 的伸縮縫，采用低發(fā)泡沫塑料板填縫。

4 噴頭選型和布置間距[2]

噴頭擬選用ZY-2 噴頭，其工作參數(shù)為：噴頭直徑d 為6.5/3.1（mm），工作壓力hp 為0.3（Mpa），流量Q 為2.76（m3/h），射程R 為18.9（m）。 噴頭設(shè)計(jì)工作壓力為0.3Mpa，設(shè)計(jì)風(fēng)速取多年平均風(fēng)速2m/s，主風(fēng)向不明確。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50085-2007）表4.2.4 規(guī)定，結(jié)合田間實(shí)際情況，噴頭間距取18m。 噴頭間距及支管間距按照風(fēng)向多變?cè)O(shè)計(jì)，采用正方形布置，Ka=Kb=1，a=b=18m，與噴頭間距一致。 參數(shù)校核如下，霧化指標(biāo)：根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50085-2007），蔬菜及花卉噴灌霧化指標(biāo)Wh 應(yīng)在4 000～5 000。 采用規(guī)范規(guī)定的公式進(jìn)行計(jì)算，Wh=hp/d=4 615＞4 000，選用噴頭的霧化指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)需求。噴灌強(qiáng)度： 土壤性質(zhì)為壤土， 根據(jù)噴灌規(guī)范， 允許噴灌強(qiáng)度為12mm/h。 本次初選噴頭設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)度按下式計(jì)算：ρ=KwCρρs；ρs=1 000q/（πR2）。式中ρ 為設(shè)計(jì)噴灌強(qiáng)度，mm/h；ρs為無風(fēng)情況下單噴頭全圓噴灑計(jì)算強(qiáng)度， 計(jì)算得ρs=2.46mm/h；q 為噴頭流量，取2.76m3/h；R 為噴頭射程， 取18.9m；Kw為影響噴灌強(qiáng)度的風(fēng)系數(shù)， 按單支管多噴頭同時(shí)全圓噴灑， 支管垂直風(fēng)向計(jì)算，1.08v0.194，其中v 為設(shè)計(jì)風(fēng)速2m/s，計(jì)算得Kw=1.24。 Cρ為影響噴灌強(qiáng)度的組合系數(shù)，根據(jù)《節(jié)水灌溉工程實(shí)用手冊(cè)》取單支管多噴頭同時(shí)全圓噴灑計(jì)算公式：

5 灌溉系統(tǒng)工作制度

灌溉系統(tǒng)工作制度是以灌溉制度為依據(jù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的灌水量，主要是系統(tǒng)設(shè)備輪灌方案及系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量。灌水定額直接采用花卉灌溉制度中制定的參數(shù)，取40mm。 結(jié)合耕地分布及節(jié)水灌溉工程總體布置，研究區(qū)分為東、西兩部分地塊，分別利用新建蓄水池1 及新建蓄水池2 進(jìn)行灌溉，均采用固定管道式噴灌，固定管道按兩級(jí)布置。 根據(jù)研究區(qū)田間固定管道布置，對(duì)東部及西部地塊制定系統(tǒng)設(shè)備輪灌方案。 西部地塊：西部地塊共布置12 根支管，分為12 個(gè)工作組，根據(jù)噴頭選型及布置，一個(gè)噴頭的灌水時(shí)間應(yīng)按下式計(jì)算：t=mab/（1 000qpηp）。式中t—1 個(gè)工作位置的灌水時(shí)間，h；m—設(shè)計(jì)灌水定額， 取40mm；a—噴頭布置間距，取18m；b—支管布置間距，取18m；qp—噴頭設(shè)計(jì)流量，取2.76m3/h；ηp—灌溉水利用系數(shù)，取0.87。 計(jì)算得一個(gè)工作位置工作時(shí)間為5.4h，取6h。 一天工作位置數(shù)量按下式計(jì)算：nd=td/t。 式中nd—1 天工作位置數(shù)；td—設(shè)計(jì)日灌水時(shí)間，取12h。 計(jì)算得，一天工作位置數(shù)為2 個(gè)，同時(shí)工作1 根支管，共12個(gè)工作位置，灌水周期為6d。 由于地塊不規(guī)則，根據(jù)支管間距及噴頭間距布置，支管最長(zhǎng)達(dá)到290m，即同時(shí)工作噴頭數(shù)量最多為290/18=17 個(gè)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為2.76×17=46.92m3/h。 東部地塊計(jì)算方法同西部地塊。

6 泵站設(shè)計(jì)[3]

本次設(shè)計(jì)提水泵站1 座、灌溉泵站2 座。 提水泵站：自礦水沉淀池向2 座新建蓄水池輸水。 在礦水沉淀池出水口處設(shè)置提水泵站1 處，取水流量233.33m3/h，輸水管道管材為PE100，管徑de200，管道耐壓0.6Mpa。 提水泵站采用離心泵1 臺(tái)，設(shè)計(jì)參數(shù)Q=250m3/h，H=48m。 提水泵站建筑形式為2 間磚混泵房，平面尺寸為7.2m×6.0m，建筑面積為46.43m2。 灌溉泵站：自蓄水池向西部地塊、東部地塊輸水。 在蓄水池邊設(shè)置灌溉泵站2 處，單座泵站設(shè)置離心泵1 臺(tái)，設(shè)計(jì)參數(shù)，Q=50m3/h，H=36m，負(fù)擔(dān)東、西部地塊。 在水泵管路上設(shè)置吸水管、閘閥、微阻緩閉止回閥、曲撓橡膠接頭等閥門管件。 灌溉泵站建筑形式與提水泵站相同。

7 結(jié)論

本文研究了典型區(qū)的作物灌溉制度、水源工程規(guī)模、噴頭選型和布置間距、灌溉系統(tǒng)工作制度、泵站設(shè)計(jì)等問題，對(duì)高效節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣使用有積極意義。

[1]GB/T50363-2006.節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[2]GB/T50085-2007.噴灌工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

[3]GB50265-2010.泵站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.