中心支軸式噴灌機在陵縣項目中的應(yīng)用

孫 力，呂寧江，王 薇，黃 乾，于曉蕾

(山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南250013)

由于我國水資源日益短缺的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，我國十分重視節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣，取得了顯著的成效。目前可供選擇的節(jié)水灌溉技術(shù)有很多種，但都有一定的適用范圍，選擇最適合本地發(fā)展的節(jié)水灌溉技術(shù)尤為重要。在陵縣德強農(nóng)場節(jié)水灌溉高產(chǎn)示范區(qū)項目設(shè)計過程中，針對項目區(qū)土地規(guī)?；鬓D(zhuǎn)，集約化經(jīng)營現(xiàn)狀，采用中心支軸式噴灌機灌溉，節(jié)水、省工效益尤其顯著，在同類地區(qū)具有廣闊的發(fā)展前景。

1 中心支軸式噴灌機設(shè)備的優(yōu)缺點

中心支軸式噴灌機是一種裝有噴頭的輸水支管安裝在自動行走的塔架車上，圍繞可供水的中心支座一邊旋轉(zhuǎn)一邊進行噴灑作業(yè)的灌溉機械?？煞譃楣潭ㄖ行闹лS式和可拖移中心支軸式。噴灌機能夠?qū)嗨窟M行精準控制，具有以下優(yōu)點和缺點。

1.1 設(shè)備的優(yōu)點

(1)便于實現(xiàn)機械化和自動化，可降低勞動強度，省時省力。

(2)設(shè)備的適應(yīng)性強，幾乎所有作物都可以使用。

(3)跨體間采用橡膠套筒柔性連接，最大允許地面坡度不大于15%。可以對土地不平整的地塊進行灌溉。

(4)可實現(xiàn)定時、定量灌溉，同時可以通過化學(xué)品自動添加系統(tǒng)實現(xiàn)施肥、施藥等功能。

1.2 設(shè)備的缺點

(1)在風大和極為干旱的地方，噴灌機的灌水效率明顯降低。

(2)噴灌機噴灌時，田塊的四角會出現(xiàn)漏噴，噴灌面積占總面積的比例只能達到75%左右。

(3)噴灌機從中心至末端，噴頭噴水量逐漸增加，末端容易形成地表徑流。

(4)噴灌機不太適合土壤允許入滲強度較小的土壤。

2 中心支軸式噴灌機工程設(shè)計

中心支軸式噴灌機工程設(shè)計流程主要包括以下幾個步驟:資料收集、項目規(guī)劃和工程設(shè)計。本文以山東陵縣德強農(nóng)場為例，提出了引黃地區(qū)固定中心支軸式噴灌機工程設(shè)計流程。

2.1 基本資料收集

中心支軸式噴灌機工程設(shè)計需要收集水源、灌溉區(qū)域地形圖、土壤、作物、氣象、能源電力、道路交通等方面資料，通過資料收集為工程典型設(shè)計提供重要依據(jù)。

2.2 中心支軸式噴灌機設(shè)計計算

2.2.1 噴灌機有效長度計算

噴灌機有效長度為跨體長度和末端懸臂長度之和，其中跨體長度一般那又分為多種，典型噴灌機跨體長度為296.6 m。

2.2.2 噴灌機灌溉控制面積計算

噴灌機灌溉控制面積為噴灌機在同一個作業(yè)位置的噴灌面積和噴灌機尾槍或末端噴頭噴灌面積之和。噴灌機尾槍的覆蓋范圍主要分為兩種，一種是與其他噴頭同時噴灑在一個作業(yè)位置，噴灑形狀為環(huán)形;另一種是僅在設(shè)定范圍內(nèi)噴灑(一般為正方形的四角)，噴灑形狀為月牙形，末端噴頭的噴灑形狀為環(huán)形。典型噴灌機噴灌面積為27.6 hm2。

2.2.3 噴灌機設(shè)計流量計算

噴灌機設(shè)計流量應(yīng)為噴頭流量和尾槍流量之和，但同時應(yīng)不小于設(shè)計日最大需水量，如果不滿足條件，應(yīng)重新選擇噴頭和尾槍。

根據(jù)作物類型和氣候條件，一般選用尼爾森D3000系列噴頭作為噴灌機的配套噴頭。典型噴灌機設(shè)計流量為92.6 m3/h。

2.2.4 噴灌機設(shè)計入機壓力計算

噴灌機設(shè)計入機壓力為末端噴頭設(shè)計工作壓力、噴灌機進水口至末端噴頭之間的輸水管水頭損失和噴灌機進水口與噴灌機噴頭運行軌跡最高點之間的高程差之和。尾槍安裝在噴灌機最末端，并裝配一個增壓泵來確保水壓，因此，此處不計算尾槍壓力。典型噴灌機設(shè)計入機壓力為24 m。

2.2.5 噴灌機運行參數(shù)計算

1)設(shè)計最大灌水定額

根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50085－2007)的規(guī)定，最大灌水定額根據(jù)土壤容重、計劃濕潤層深度、適宜土壤含水量上下限、田間噴灑水利用系數(shù)來確定，典型噴灌機設(shè)計最大灌水定額為47.3 mm。

2)噴灌機旋轉(zhuǎn)一圈所需最短時間

目前，口腔專業(yè)研究生規(guī)范化培訓(xùn)存在“嚴進寬出”，甚至“寬進寬出”的現(xiàn)象，致使學(xué)員規(guī)范化培訓(xùn)后的考核方式不夠完善。現(xiàn)有的考核方式主要有臨床輪轉(zhuǎn)考核手冊、指導(dǎo)教員評語、臨床學(xué)習(xí)情況總結(jié)匯報等，而臨床操作技能方面的考核比重較少。

噴灌機旋轉(zhuǎn)一圈所需最短時間根據(jù)中心支座中心點與末端塔架車輪胎之間的距離、行走驅(qū)動裝置總速比、配套輪胎外徑和行走驅(qū)動裝置配套電機額定轉(zhuǎn)速來確定，典型噴灌機旋轉(zhuǎn)一圈所需最短時間為10.67 h。

3)根據(jù)設(shè)計灌水定額計算噴灌機運行時間

根據(jù)設(shè)計灌水定額按式(1)計算噴灌機運行時間

式中:T為中心支軸式噴灌機單次灌水所需運行時間(h);A為噴灌一圈的面積(hm2);m為設(shè)計灌水定額(mm)，m≤mS;Q為噴灌機入機流量(m3/h)。

計算結(jié)果詳見表1。

表1 設(shè)計灌水定額條件下噴灌機運行時間表

4)噴灌機按照設(shè)計灌水參數(shù)運行時速度調(diào)節(jié)比例

噴灌機按照設(shè)計灌水參數(shù)運行時速度調(diào)節(jié)比例按式(2)計算。

計算結(jié)果詳見表2。

表2 噴灌機按照設(shè)計灌水參數(shù)運行時速度調(diào)節(jié)比例表

根據(jù)計算結(jié)果可知:設(shè)計灌水定額相同的條件下，噴灌機存在不同的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和速度調(diào)節(jié)比例。

2.3 輸水管道水力計算

從水泵至中心支軸式噴灌機入口選用PVC－M塑料管，管道外徑160 mm，許可壓力0.63 MPa。輸水管道水頭損失為管道沿程水頭損失和局部水頭損失之和，管道局部水頭損失按照沿程水頭損失的10%～15%估算，本典型設(shè)計取10%。

2.4 水泵揚程計算

噴灌機水泵揚程為噴灌機輸水管道水頭損失、水泵泵管水頭損失、動水位至噴灌機入口高差和噴灌機入口工作壓力之和。水泵總揚程為37.0 m。

2.5 水泵選型

根據(jù)噴灌機的流量和揚程，在水泵性能型譜表中進行選擇。如果水泵揚程相差不多，或相差5%左右，仍可選用;若揚程相差很多，則選用揚程較大的水泵，或增大各級輸水管道管徑，減小水頭損失。

選用臥式離心泵1臺，型號為IS100－65－200(A)，流量:94.1 m3/h，揚程:44.2 m，功率:22 kW。

2.6 總功率計算

噴灌機總等于水泵功率、行走塔電機功率和尾槍增壓泵功率之和。總功率為24.75 kW。

3 結(jié)語

本文以山東省陵縣德強農(nóng)場為例，對中心支軸式噴灌機工程設(shè)計中應(yīng)注意的問題進行了探討，中心支軸式噴灌機工程設(shè)計流程主要包括以下幾個步驟:資料收集、項目規(guī)劃和工程設(shè)計。根據(jù)項目區(qū)種植作物各生長時期所需要的灌水定額，選擇噴灌機不同運行圈數(shù)和速度調(diào)節(jié)比例，達到按需灌溉。

在我國農(nóng)村土地規(guī)?；鬓D(zhuǎn)，集約化經(jīng)營過程中，以中心支軸式噴灌機為代表的大型噴灌機在我國的使用量也呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢。因此，中心支軸式噴灌機的設(shè)計在實際應(yīng)用中的作用越來越大，希望本文的探討能夠?qū)χ行闹лS式噴灌機的設(shè)計和安裝有所裨益，并能指導(dǎo)中心支軸式噴灌機的日常使用，對我國的節(jié)水灌溉事業(yè)有所幫助。

［1］李保明.中心支軸式噴灌機典型標準工程設(shè)計［J］.中國馬鈴薯.2012(6):374－378.

［2］DB23/T 1499－2013.中心支軸式噴灌機使用技術(shù)規(guī)范［S］.黑龍江質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.2013.

［3］GB/T50085－2007.噴灌工程技術(shù)規(guī)范［S］.中國計劃出版社.2007.