結(jié)合實(shí)例探析滴灌工程設(shè)計(jì)

□楊巖巖　□楊　楠（原陽(yáng)縣水利局）

結(jié)合實(shí)例探析滴灌工程設(shè)計(jì)

□楊巖巖□楊楠（原陽(yáng)縣水利局）

隨著水資源的緊缺，供水矛盾的加劇，對(duì)于以農(nóng)業(yè)為方的城市來(lái)說(shuō)，提高農(nóng)業(yè)用水的利用效率，緩解農(nóng)業(yè)用水不足問(wèn)題，是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的技術(shù)問(wèn)題。滴灌技術(shù)是農(nóng)田水利工程中應(yīng)用較為普遍的一種重要水技術(shù)，特別是應(yīng)用在氣候干燥，水資源缺乏地區(qū)，應(yīng)用效果會(huì)更理想。滴灌工程設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性對(duì)滴灌技術(shù)應(yīng)用的效果產(chǎn)生重要的影響，因此，需要對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。文章以某市為例，對(duì)滴灌技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹，并對(duì)滴灌工程進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。

農(nóng)田水利；節(jié)水灌溉；滴灌系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0　引言

農(nóng)田灌溉是保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，隨著水資源的日益短缺，人口與耕地矛盾突出，因此，就需要加強(qiáng)農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)的研究，提高水資源的有效使用。在農(nóng)田節(jié)水灌溉工程中，滴灌技術(shù)具有節(jié)水、灌水均勻、保持土壤結(jié)構(gòu)、增產(chǎn)增效等方面的優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)今成為應(yīng)用較為普遍的一種技術(shù)。在滴灌技術(shù)應(yīng)用中，灌溉設(shè)計(jì)及灌溉規(guī)劃是重要內(nèi)容，因?yàn)槠鋵?duì)水利工程的整體效益及作用的發(fā)揮具有決定性作用。

1　滴灌技術(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1滴灌技術(shù)

滴灌技術(shù)為一種先進(jìn)、低壓節(jié)水的新型灌溉技術(shù)。這種技術(shù)是按照作物需水要求，將存在一定壓力的水通過(guò)低壓管道系統(tǒng)與安裝在毛管上的灌水器，以水滴的形式將水輸送至灌溉帶，均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)土壤中的灌水方法。

1.2滴灌技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

滴灌技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)如下：

1.2.1節(jié)水效果好

滴灌技術(shù)的應(yīng)用大大提高水的利用率，其比地面灌溉節(jié)水1/3～1/2，比噴灌節(jié)水15%～25%，還能有效降低水分的蒸發(fā)。

1.2.2灌水均勻

用滴灌技術(shù)對(duì)作物進(jìn)行灌溉，灌水均勻度可達(dá)80%～90%。

1.2.3農(nóng)藥施用量少

滴灌技術(shù)可把化肥溶解后灌注入灌溉系統(tǒng)，由于化肥同灌溉水結(jié)合在一起，肥料養(yǎng)分直接均勻地施到作物根系層，保證農(nóng)作物得到充足的水分和養(yǎng)分，降低農(nóng)藥使用量，大大提高了肥料的有效利用率，進(jìn)而提高了作物的品質(zhì)。

1.2.4保持土壤結(jié)構(gòu)

滴灌屬微量灌溉，水分是緩慢均勻地滲入土壤，能很好保持溫度和濕度，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)能起到保持作用，形成作物適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。

1.2.5增產(chǎn)增效

采用滴灌技術(shù)后，可大大提高作物的產(chǎn)量，和其它灌溉方式相比，可增產(chǎn)30%左右。

1.2.5節(jié)省勞力

滴灌技術(shù)的應(yīng)用一般需要配有成套的機(jī)械化系統(tǒng)，因此可節(jié)省勞動(dòng)力的投入，降低了生產(chǎn)成本。

1.2.6適應(yīng)能力強(qiáng)

滴灌技術(shù)適應(yīng)能力極強(qiáng)。適用于任何地形和土壤。

1.3滴灌技術(shù)缺點(diǎn)

滴灌技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

1.3.1容易引起堵塞

如水中的泥沙、有機(jī)物質(zhì)或是微生物以及化學(xué)沉凝物等容易引起堵塞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使滴灌整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常工作，甚至報(bào)廢，也是當(dāng)前滴灌應(yīng)用中存在的最主要問(wèn)題。

1.3.2會(huì)引起淺層土壤鹽分的積累

當(dāng)在含鹽量高的土壤上進(jìn)行滴灌或是利用咸水滴灌時(shí)，在濕潤(rùn)區(qū)的邊緣會(huì)積累鹽分，嚴(yán)重有可能引起鹽害。

1.3.3造價(jià)較高

因?yàn)榈喂嗉夹g(shù)需要有成套的管道系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)，因此造價(jià)會(huì)較高。

1.3.4限制根系的發(fā)展

作物的根系具有向水性，由于滴灌只濕潤(rùn)部分土壤，這樣就會(huì)引起作物根系集中向濕潤(rùn)區(qū)生長(zhǎng)，會(huì)限制作物的生長(zhǎng)范圍。

2　工程概況

某市是糧食主產(chǎn)區(qū)，但農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱，各類(lèi)水利設(shè)施老化失修；項(xiàng)目區(qū)內(nèi)農(nóng)用機(jī)井多為20世紀(jì)六七年代建造，很多已到報(bào)廢年限，且分布不均、配套設(shè)施落后，供水能力已不能滿(mǎn)足建設(shè)高效節(jié)水灌溉和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，灌溉水利用系數(shù)低，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象突出。

近幾年來(lái)，隨著某市工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，大量超采地下水，地下水資源嚴(yán)重緊缺，地下水位急劇下降，年平均下降1.50m，局部超出2.00m，地下水埋深達(dá)85～114m以下，致使開(kāi)采條件不斷惡化，打井深度愈打愈深，西部陵區(qū)現(xiàn)狀機(jī)井深度約100～120m，井?dāng)?shù)不斷增加，井灌機(jī)具不斷更新?lián)Q代，機(jī)井報(bào)廢每年達(dá)100～150眼，灌溉周期由原來(lái)的7-10 d延長(zhǎng)到15-25 d，井灌成本越來(lái)越高，年每畝水電費(fèi)高達(dá)60元以上，一系列問(wèn)題，嚴(yán)重制約著糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)快速發(fā)展、農(nóng)民增收。因此，為解決水資源矛盾，提高水資源的利用率，采用滴灌進(jìn)行灌溉。

3　滴灌工程設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)依據(jù)

《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009），《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》（SL/256-2000），《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50363-2006）《節(jié)水灌溉工程實(shí)用手冊(cè)》（中國(guó)水利水電出版社）。

3.2灌水器選擇與毛管布置方式

選用內(nèi)鑲壓力補(bǔ)償式滴灌管，內(nèi)徑15.30mm，滴頭額定流量qa=2.20L/h，額定工作壓力100kPa，流態(tài)指數(shù)x=0.50，滴頭間距0.30m，濕潤(rùn)直徑為0.60m，擬定毛管間距為1m。

3.2.1采用上述滴灌管，其滴灌強(qiáng)度p為

式中：qa—滴頭流量(L/h)；Sl—毛管間距(m)；Se—滴頭間距(m)。

計(jì)算可得p=7.30mm/h＜p允=15mm/h，符合規(guī)范要求。3.2.2滴管土壤濕潤(rùn)比為

式中：P—土壤濕潤(rùn)比(%)；Dw—濕潤(rùn)帶寬度(m);Sl—毛管間距(m)；Se—滴頭間距(m)；

計(jì)算可得:P=94.20%＞80%，符合規(guī)范要求。

3.3網(wǎng)統(tǒng)布置與輪灌組劃分

系統(tǒng)允許的最大輪灌組數(shù)為：

式中：Nmax—系統(tǒng)允許的最大輪灌組數(shù)(個(gè))；C—系統(tǒng)日最大運(yùn)行時(shí)數(shù)(h)，根據(jù)規(guī)范及當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件取13 h；T—灌水周期(d)；t—一次灌水延續(xù)時(shí)間(t)。

計(jì)算可得：Nmax=28個(gè)。

根據(jù)當(dāng)?shù)厝展鉁厥覍?shí)際情況，典型設(shè)計(jì)中大棚按棚長(zhǎng)85m棚寬7m，棚內(nèi)作物種植間距0.65m計(jì)算，采用毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度為7m，每個(gè)日光溫室共有128條毛管，可以計(jì)算出單個(gè)日光溫室設(shè)計(jì)流量：

根據(jù)機(jī)井出水量Q井=32m3/h，則同時(shí)可以進(jìn)行滴灌的大棚數(shù)量N=Q井/Q棚=4.70（個(gè)），以4個(gè)大棚為一個(gè)輪灌組，整個(gè)滴灌區(qū)域面積為10 hm2，共約86個(gè)大棚，即22個(gè)輪灌組，系統(tǒng)允許的最大輪灌組數(shù)為28個(gè)，所以整個(gè)滴灌區(qū)域1眼井可滿(mǎn)足灌溉需求。

3.4滴灌管網(wǎng)水力計(jì)算

3.4.1干管管徑及干管水量計(jì)算

以最不利工況確定干管直徑，干管長(zhǎng)度為500m，采用經(jīng)濟(jì)流速法來(lái)計(jì)算。當(dāng)動(dòng)力為電動(dòng)機(jī)時(shí)，按下式計(jì)算：

式中：—經(jīng)濟(jì)管徑(mm)；—設(shè)計(jì)流量(m3/h)，Q=32m3/h；V—經(jīng)濟(jì)流速（m/s），V=1.50m/s。

由上式計(jì)算可得：D=86.88mm，初選干管徑采用φ90、壁厚3.50mm、公稱(chēng)壓力0.80MPa的UPVC硬管。

3.4.2支管管徑與支管進(jìn)口水頭計(jì)算

每條支管單側(cè)控制128條毛管，每條毛管的流量為59.40L/h，相當(dāng)于每條支管上有128個(gè)出水口，每個(gè)出水口的流量為59.40L/h，則每條支管的流量為59.40 L/h×128=7.60m3/h，每條支管長(zhǎng)135m。擬定支管管徑為φ50的PE管，壁厚2.90mm,則：

每條支管的沿程水頭損失為

式中：hf支—支管沿程水頭損失(m)；Q—流量(m3/h)；d—管道內(nèi)徑(mm)；L—管道長(zhǎng)度(m)；F—多口系數(shù)，取0.37；—沿程水頭損失摩阻系數(shù)，取0.95×105；—流量指數(shù)，取1.77；—管徑指數(shù)，取4.77。

由上式計(jì)算可得：

每條支管的沿程水頭損失為：hf支=1.47m。

3.4.3干管的沿程水頭損失為：

式中：hf干—干管沿程水頭損失(m)；Q—流量(m3/h)；d—管道內(nèi)徑(mm)；L—管道長(zhǎng)度(m)；—沿程水頭損失摩阻系數(shù)，取0.95×105；—流量指數(shù)，取1.77；—管徑指數(shù)，取4.77。

由上式計(jì)算可得：

干管的沿程水頭損失為：hf干=12.60m；

3.4.4干管局部水頭損失

干管的局部水頭損失可按沿程損失的10%考慮，則：

式中：hf干—毛管沿程水頭損失(m)；hw干—毛管局部水頭損失(m)。

由上式計(jì)算可得每條支管的局部水頭損失為：

3.4.5干管實(shí)際水頭損失干管的實(shí)際水頭損失為：

由上式計(jì)算可得：

則干管進(jìn)口水頭為：

3.5水泵揚(yáng)程及選型

如果首部樞紐水頭損失（包括過(guò)濾器、控制閥、施肥裝置、泵管等）為：h首部=5m,則水泵總揚(yáng)程為：

式中：Zd—干管進(jìn)口處地面高程（m）；Zs—機(jī)井動(dòng)水位（m）；

由上式計(jì)算可得：H=24.13+5+30=59.13m。

則：選用水泵型號(hào)為200QJ32-65/5，其性能參數(shù)為Q=32m3/h，H=65m，配套電機(jī)功率9.20kW。

4　滴灌工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題

第一,滴灌工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)管線的選擇要依據(jù)工程的概況和項(xiàng)目區(qū)的特點(diǎn),對(duì)管線選擇時(shí),要選擇壁厚均勻管線，且管道的抗堵塞性能要強(qiáng)，毛管外徑管線也要選擇合理的。

第二，對(duì)滴頭的要求是流道順暢，要避免滴頭堵塞的問(wèn)題。

第三，滴灌管線要進(jìn)行合理布置及敷設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)要把滴灌工程的施工方便及農(nóng)作物的影響問(wèn)題考慮在內(nèi)。

第四，對(duì)滴灌工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量選擇經(jīng)濟(jì)型滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，因?yàn)橐紤]到工程造價(jià)的問(wèn)題。

5　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從目前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求及水資源分配狀況來(lái)看，采用滴灌溉技術(shù)不但解決灌溉問(wèn)題，還可以提高農(nóng)業(yè)抗御自然災(zāi)害能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、增效，農(nóng)民收入大幅度增加，從而減輕了農(nóng)民負(fù)擔(dān)，有效促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展。

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［3］張靜.淺談小型農(nóng)田水利項(xiàng)目滴灌工程施工方法［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2014（13）.

［4］徐江.小型農(nóng)田水利項(xiàng)目滴灌工程施工方法［J］.農(nóng)民致富之友，2016（8）.

［5］王建東.水利工程中滴灌施工技術(shù)要點(diǎn)分析［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（07）.

（責(zé)任編輯：劉青）

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