赤峰市敖漢旗貝子府鎮(zhèn)“節(jié)水增糧行動”口琴村平川地項目區(qū)滴灌系統(tǒng)設(shè)計簡介

摘 要：貝子府鎮(zhèn)口琴村干旱缺水，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善，現(xiàn)有灌溉保證率低，田間工程不配套，農(nóng)田得不到適時灌溉，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低而不穩(wěn)。通過實施高效節(jié)水灌溉的“節(jié)水增糧行動”，可以保證糧食生產(chǎn)安全，合理開發(fā)利用水資源，有效促進農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收。

關(guān)鍵詞：節(jié)水增糧；滴灌；高效節(jié)水；農(nóng)民增收

1 工程概況

內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗貝子府鎮(zhèn)國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)“節(jié)水增糧行動”（2015年度）共發(fā)展節(jié)水灌溉面積7000畝，項目所在村位于口琴村、大圍子村。高效節(jié)水項目實施后，滴灌灌溉水利用系數(shù)由原來的0.6提高到0.95；灌溉保證率提高到85%，使干旱減產(chǎn)的田塊實現(xiàn)豐收，保障國家糧食安全，為地區(qū)發(fā)展與穩(wěn)定做出貢獻。耕地將由現(xiàn)狀的傳統(tǒng)地面灌溉全部改造為高效節(jié)水灌溉，提高田間水利用系數(shù)，使得項目區(qū)玉米由現(xiàn)狀平均畝產(chǎn)量400kg/畝，提高到畝均產(chǎn)量715kg/畝。

2 口琴村項目區(qū)滴灌系統(tǒng)設(shè)計

貝子府鎮(zhèn)口琴村項目區(qū)（平川地）小廟荒地塊出水量32m3/h，單井控制面積為172畝，地塊為不規(guī)則地塊，地勢平坦。設(shè)計采用二級地埋，支管輪灌的布置形式。

2.1 首部樞紐設(shè)計

首部主要設(shè)備由施肥罐、過濾器及DN110逆止閥等，地埋管埋于地面以下1.9m。滴灌灌溉系統(tǒng)首部設(shè)有逆止閥、排氣閥、壓力表、水表、離心加網(wǎng)式過濾器、施肥罐。過濾器作用是將水中的固體大顆粒、藻類、漂浮物沉淀過濾，防止這些污物進入滴灌系統(tǒng)堵塞滴頭或在系統(tǒng)中形成沉淀。過濾器可以在首部樞紐中單獨使用，也可以根據(jù)水源水質(zhì)情況組合使用[1]。根據(jù)項目區(qū)水中固體砂顆粒含量很少的情況，過濾設(shè)備采用4離心加網(wǎng)式過濾器，過流量32m3/h。施肥罐的作用是使易溶于水并適于根施的肥料、農(nóng)藥、化學(xué)藥品等在施肥罐內(nèi)充分溶解，然后再通過滴灌系統(tǒng)輸送到作物根部，便于作物吸收，充分發(fā)揮肥效，同時減少肥料浪費，系統(tǒng)選用容積為100升的施肥罐。

2.2 毛管（滴灌帶）選擇

根據(jù)目前國內(nèi)市場上滴灌帶的種類和性能，以及對各廠家滴灌帶的應(yīng)用調(diào)查，設(shè)計選用單翼迷宮式滴灌帶，垂直于支管布置，即與壟向相同。每條滴灌帶上不設(shè)球閥，工作支管上所有灌水器同時工作，采用一膜一管兩行種植模式，即一根毛管灌兩行玉米，種植行0.4m，間隔行0.6m，滴灌帶的間距為1.0m，株距21～25cm，滴灌帶上滴頭間距0.3m，滴頭流量為3L/h，工作水頭壓力為10m。

2.3 管網(wǎng)布設(shè)

（1）管網(wǎng)的組成：潛水水泵——離心+網(wǎng)式過濾器（施肥罐）——主干管——分干管——支管——毛管（滴灌帶）。其中干管與分干管、分干管與支管、支管毛管均采用魚骨形布置，以減少沿程水頭損失，降低能耗。干管、分干管為地埋管。支管、滴灌帶鋪于地面。滴灌帶安裝在支管上，毛管垂直支管布置，毛管的間距為1.0米。（2）毛管（滴灌帶）布設(shè)：毛管垂直于支管兩側(cè)呈魚骨式布置，方向與種植方向一致，毛管間距為1.0m，毛管上每隔0.3m設(shè)一個灌水器（滴頭），灌水器流量3.0L/h，工作水頭為10m。毛管用按扣三通與支管連接，每條支管的兩側(cè)各布設(shè)26根毛管，每根毛管長60m。（3）支管、毛管為地面管道，為防止管材管件的丟失及損壞，每到冬季支管應(yīng)及時收起妥善保存，毛管每年進行更新，由生產(chǎn)廠家回收。停泵或冬季不用時。為排除管道沖砂水和防止出地豎管積水凍害，在管道末端的最低處設(shè)排水井。取小廟荒地塊為典型地塊，按單井出水量32m3/h控制玉米172畝，共計安裝25個給水栓，每個給水栓控制2條支管，用閥門控制，每條支管的兩側(cè)各布設(shè)26根毛管，每根毛管長60m。

2.4 管材和管徑選擇

根根據(jù)當?shù)仡愃乒こ虒嵺`經(jīng)驗，干管和分干管選擇PVC-U管材，支管采用PE管材。管網(wǎng)的干、分干、支、毛各級管道管徑按經(jīng)驗公式計算，設(shè)計管徑選取見為：干管（PVC管）直徑為110mm，流量為32m3/h；分干管（PVC管）直徑為90mm，流量為32m3/h；支管（PE管）直徑為63mm，流量為32m3/h；滴灌帶直徑為16mm，流量為0.6m3/h。

2.5 滴灌系統(tǒng)水力設(shè)計

2.5.1 滴灌系統(tǒng)水力計算。經(jīng)計算小區(qū)內(nèi)滴頭的最大水頭和最小水頭為：計算得：hmax=12.77m，hmin=8.65m，小區(qū)內(nèi)最大水頭差[△h]=hmax-hmin=4.12m。

分配給支管允許水頭差[△h]支=0.5×4.12=2.06m，分配給毛管允許水頭差[△h]毛=0.5×4.12=2.06m。

2.5.2 毛管極限長度確定。設(shè)計滴灌滴頭流量為3.0L/h，滴頭間距為0.3m，滴灌均勻度為85%，滴灌帶直徑Φ16mm，不考慮地形變化因素。經(jīng)計算毛管極限長度為65.9m，實際鋪設(shè)毛管的布置長度應(yīng)小于65.9m，設(shè)計中根據(jù)地形滴灌帶長度在60米左右調(diào)節(jié)，滴灌帶采取雙向布置，能夠滿足灌溉均勻度的要求。

2.5.3 各級管道流量推算。單根毛管流量等于灌水器流量乘以毛管上灌水器總數(shù)[2]，即：Q毛=N·q=200×0.003=0.6m3/h，即單根毛管的總流量為0.6m3/h。

支管雙側(cè)各連接26根毛管，故支管設(shè)計流量為：Q單支=Q毛·N=2×0.6×26=32m3/h。

2.5.4 管徑的計算。計算得支管內(nèi)徑d支=54.9mm，支管擬選用PEφ63；分干管的內(nèi)徑d分干管=86.9mm，綜合考慮其擬選用φ90PVC管；干管的內(nèi)徑d干=91.6mm，干管擬選用φ110PVC管。

2.5.5 水頭損失計算。大面積推廣膜下滴灌，統(tǒng)一管材管徑是必要的，有利于規(guī)模化。所以根據(jù)赤峰地區(qū)的玉米滴灌模式，取PEф63管為支管。管道的局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算，最遠端管道系統(tǒng)總水頭損失為10.31m，滿足規(guī)范要求。典型地塊的系統(tǒng)設(shè)計總揚程為81.96m，選用200QJ32-91型水泵，配套13kW電機。計算得水頭偏差率hv=13.9%，流量偏差率qv=0.07<0.2，滿足規(guī)范要求，設(shè)計合理。

2.6 輪灌制度

典型區(qū)的“節(jié)水增糧行動”項目運行后，每次灌水延續(xù)時間為3.6個小時，灌水周期為7天。依據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》，微灌系統(tǒng)設(shè)計日工作小時數(shù)不應(yīng)大于22個小時。設(shè)計考慮項目區(qū)實際情況，取工作時間為20個小時。灌溉系統(tǒng)工作時，應(yīng)避免灌溉小區(qū)內(nèi)最遠端和最近端同時灌溉，可根據(jù)當?shù)貙嶋H情況分片、分區(qū)進行灌溉。

2.7 灌溉面積校核

根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范GB/T50485-2009》，在水源供水流量穩(wěn)定且無調(diào)蓄時，計算確定滴灌面積A=203畝，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)束語

貝子府鎮(zhèn)口琴村項目區(qū)（平川地）小廟荒地塊實施“節(jié)水增糧行動”，將取得節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工、節(jié)肥、增產(chǎn)、增效、改善生態(tài)環(huán)境等顯著的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，能夠迅速提高農(nóng)田的產(chǎn)出水平，增加人民的經(jīng)濟收入，改善人民生活。

參考文獻

[1]楊廣，何新林，趙麗，等.新疆春小麥滴灌系統(tǒng)的設(shè)計與實踐[J].人民黃河，2016（1）：138-140.

[2]張國祥，吳普特.滴灌系統(tǒng)滴頭設(shè)計水頭的取值依據(jù)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005（9）：20-22.

作者簡介：張伯志，男，滿族，助理工程師，本科，主要從事水利工程設(shè)計方面工作。