滴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理

傅 強(qiáng)

(新疆維吾爾自治區(qū)草原畜牧工程勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院，烏魯木齊 830049)

0 引 言

在目前節(jié)水灌溉工作中，滴灌是較為先進(jìn)、且應(yīng)用較為廣泛的灌溉方式。在灌溉過(guò)程中，在地埋毛管的情況下使灌溉水通過(guò)灌水器進(jìn)入到附近土壤，在以該方式灌溉過(guò)程中，土壤結(jié)構(gòu)在整個(gè)過(guò)程中受到的影響較小，不僅能夠有效降低水分蒸發(fā)速度，且能夠疏松作物根部。如果能夠在我國(guó)西北等干旱區(qū)域使用該技術(shù)，不僅能夠?qū)μ镩g雜草的生長(zhǎng)形成有效抑制，且在省工、干旱區(qū)域方面也具有較好的表現(xiàn)。

1 灌區(qū)情況

我國(guó)西北部城市，為典型大陸性氣候，晝夜溫差較大，夏季初以及春季整體降雨量偏少，區(qū)域降水具有較大的差異，光照長(zhǎng)，少雨，年降水量在100mm以下。

2 工程設(shè)計(jì)方案

2.1 滴灌工程參數(shù)

根據(jù)節(jié)水灌溉規(guī)范以及區(qū)域?qū)嶋H情況，可以將不同技術(shù)參數(shù)制定為：

1)土壤濕潤(rùn)比P在41%-45%；

2)微灌水利用系數(shù)η=0.91%-0.94；

3)均勻度Eμ=91%-94%；

4)設(shè)計(jì)濕潤(rùn)深度Z=0.78m；

5)設(shè)計(jì)日耗水強(qiáng)度Ea=5-6mm/d。

2.2 工程設(shè)計(jì)目標(biāo)

該工程的設(shè)計(jì)目標(biāo)主要有：

1)對(duì)合理的滴灌形式進(jìn)行選擇，做好灌溉制度的制定；

2)以典型設(shè)計(jì)方式對(duì)各級(jí)管道以及灌水小區(qū)進(jìn)行合理布局；

3)做好輪灌區(qū)劃分以及水利計(jì)算，做好壓力、流量需求的給出；

4)做好滴灌系統(tǒng)樞紐設(shè)計(jì)。

2.3 滴灌管線布置

2.3.1 內(nèi)鑲式滴灌管

管線所使用的滴頭為內(nèi)鑲結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)過(guò)程中，其以直接焊接的方式處于滴灌管內(nèi)壁上，能夠有效避免其受到來(lái)自機(jī)械的損傷。

2.3.2 管上式滴灌管

管線方面，使用了0.5mm以上壁厚的PE管，在具體施工中，直接打孔處理，并在管線上插入滴頭。

2.3.3 滴灌管線規(guī)格

壁厚在0.3-1mm之間，具有均勻的管壁厚。毛管外徑為20mm，能夠有效避免滴頭發(fā)生堵塞情況。

2.3.4 保證設(shè)計(jì)偏差系數(shù)在0.03以下

2.4 管線布置形式

在該項(xiàng)工作中開(kāi)展前，需要對(duì)較多的影響因素進(jìn)行考慮，包括有種植方式、滴頭類型、作物種類、管理便利性、經(jīng)濟(jì)因素、對(duì)農(nóng)作物影響以及施工便利性等。對(duì)于大部分作物如蔬菜、瓜果以及玉米等，其都屬于條播密植植物，在濕潤(rùn)比方面具有較高的要求。滴灌管布置方面，要按照行向布置，一膜布置一到兩根。根據(jù)其需水需求以及根系發(fā)育規(guī)律，為了在操作管理以及灌溉濕潤(rùn)方面具有較好的表現(xiàn)，則可以在地上進(jìn)行滴灌管線的鋪設(shè)。

3 大田設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

根據(jù)大田特征調(diào)查，對(duì)以下參數(shù)進(jìn)行選擇：P=40%；Eu=90%-94%；z=8.0m；η=0.91-0.94；Z=0.78m；Ea=5-6mm/d。最大田間持水量為21%，灌水周期T=5d，一次灌水時(shí)間3.2h。

3.2 管網(wǎng)布置

3.2.1 輪灌組劃分

1)管網(wǎng)的布置原則。在該項(xiàng)工作中，其主要內(nèi)容有：①根據(jù)植物要求以及生產(chǎn)中所使用的灌溉技術(shù)，要保證灌溉形式能夠同輸水干管間相符合；②嚴(yán)格按照因地制宜原則開(kāi)展工作，在對(duì)作物種植方向、首部位置要求進(jìn)行充分結(jié)合的基礎(chǔ)上使其盡可能穿越更少的地塊、且總長(zhǎng)度最短。同時(shí)，保證能夠?qū)ψ魑锏挠盟鬂M足，在調(diào)水、維修以及管理方面具有便利的提升；③要按照較高地勢(shì)位置做好輸配水干管的布設(shè)，按照分干管或者垂干管的方式布置；④管道縱剖面方面，需要具有平順的應(yīng)力，為了對(duì)冬季凍害以及夏季的熱脹冷縮情況進(jìn)行防止，則需要以地埋方式做好輸配水干管的布置，其深度為1.5m。同時(shí)，在低洼處與分干管、干管以及支管末端位置做好排水井的修建，以此實(shí)現(xiàn)管道積水的排除。

2)管網(wǎng)布置形式。在實(shí)際布置中，要按照水源、加壓泵、干管、分干管以及滴灌管的方式布置，根據(jù)地形情況，按照魚(yú)骨形對(duì)干管、分干管進(jìn)行布置，并以此對(duì)沿程水頭的損失進(jìn)行減少。此外，將支管按照地面方式布置，而干管與分干管均為地埋管。

3)輸配管管道材質(zhì)及規(guī)格。干管與支干管方面，要根據(jù)不同灌區(qū)設(shè)計(jì)流量，在經(jīng)過(guò)嚴(yán)密經(jīng)濟(jì)方案比選之后對(duì)支管以及干管的材質(zhì)與規(guī)格進(jìn)行布置。滴灌管方面，其制作材料為低密度聚乙烯，該材質(zhì)具有較好的環(huán)境應(yīng)力破壞抵抗能力，且其中具有抗老化添加劑，能夠在避免管線發(fā)生老化情況的基礎(chǔ)上對(duì)其使用壽命進(jìn)行延長(zhǎng)。滴灌管鋪設(shè)方面，就需要嚴(yán)格按照具體地形變化以及地塊情況確定，通常情況下，其敷設(shè)長(zhǎng)度在80-110m之間。

3.2.2 灌水小區(qū)設(shè)計(jì)

為了保證不同灌水小區(qū)在灌水方面具有較好的均勻水平，需要在充分聯(lián)系項(xiàng)目投資以及實(shí)際情況的基礎(chǔ)上盡可能在小區(qū)域首部位置做好調(diào)節(jié)功能減壓閥的設(shè)置，并可以將其統(tǒng)一設(shè)置為相同的壓力，以此在保證滴灌管線壓力數(shù)值能夠滿足要求的基礎(chǔ)上均勻的實(shí)現(xiàn)不同校區(qū)的灌水處理。

3.3 輪灌組劃分及水力計(jì)算

3.3.1 輪灌組劃分

根據(jù)滴灌均勻度控制、運(yùn)行合理性以及水源供水能力等內(nèi)容的全面分析考慮，最終將工作制度確定為輪灌方式。

3.3.2 系統(tǒng)水力計(jì)算

在該項(xiàng)工作中，其主要計(jì)算內(nèi)容有支管水力設(shè)計(jì)以及毛管水力設(shè)計(jì)，最后獲得閥門(mén)的工作流量以及設(shè)計(jì)壓力。由不同輪灌組閥門(mén)工作壓力，在對(duì)支管壓力以及流量需求進(jìn)行滿足的情況下試算系統(tǒng)管道，通過(guò)對(duì)不同管徑、最為合理經(jīng)濟(jì)的管道選擇形成最終的主管道系統(tǒng)。揚(yáng)程方面，則由最不利輪灌組工作壓力，同干管系統(tǒng)局部壓力損失、沿程壓力損失相結(jié)合的基礎(chǔ)上加入有關(guān)設(shè)備節(jié)點(diǎn)高程差以及局部水力損失獲得。之后，再根據(jù)該輪灌組流量做好其揚(yáng)程參數(shù)以及水泵流量的獲得。

3.4 首部樞紐設(shè)計(jì)

3.4.1 水泵機(jī)組

根據(jù)水源特點(diǎn)，選擇使用國(guó)產(chǎn)井用潛水泵。

3.4.2 過(guò)濾系統(tǒng)

該設(shè)備是保障滴灌系統(tǒng)安全、長(zhǎng)期運(yùn)行的重要設(shè)備，通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目區(qū)藻類、漂浮物、泥沙以及化學(xué)物質(zhì)含量的考慮，最終選擇過(guò)濾系統(tǒng)組合，并保證該系統(tǒng)具有可靠的過(guò)濾性能，良好的維護(hù)水平以及堅(jiān)固耐用特征。目前，有兩種過(guò)濾系統(tǒng)在我國(guó)發(fā)展的較為成熟，即介質(zhì)過(guò)濾器網(wǎng)同離心砂石分離器網(wǎng)這兩種類型。

對(duì)于前一種系統(tǒng)類型，其在河流、水庫(kù)當(dāng)中的漂浮物、微生物過(guò)濾效果較好，如水源水質(zhì)較好，那么則可以直接應(yīng)用網(wǎng)式過(guò)濾器處理，前者則適合應(yīng)用在泥沙量較大、且不存在漂浮物、藻類的水源當(dāng)中。如果為化學(xué)堵塞情況，則可以通過(guò)酸洗的方式進(jìn)行解決。而無(wú)論使用哪一種類型的過(guò)濾系統(tǒng)，也不能夠徹底、完全的對(duì)滴頭堵塞情況進(jìn)行解決，通常僅僅將問(wèn)題降低到能夠接受的水平為止。通常情況下，可以使用能夠?yàn)V除直徑大于滴頭直徑1/7至1/10的顆粒當(dāng)中，并以M對(duì)過(guò)濾精度表示。其計(jì)算公式為：

M=1/(D+d)

(1)

式中：d為孔徑；D為線徑。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，在大田滴灌系統(tǒng)中，當(dāng)過(guò)濾器為120目時(shí)能夠?qū)Φ喂嘈枨筮M(jìn)行滿足。

3.4.3 施肥系統(tǒng)

在該設(shè)計(jì)當(dāng)中，在每一灌溉系統(tǒng)首部位置通過(guò)壓差式施肥罐的應(yīng)用施肥，非常適合應(yīng)用在果園以及大田滴灌施肥系統(tǒng)當(dāng)中。

3.4.4 量測(cè)設(shè)備

在該系統(tǒng)首部位置，具有水表的配置，以此對(duì)灌溉以及量水的精確性進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，更好的滿足節(jié)水計(jì)算精確性要求。

3.4.5 安全保護(hù)裝置

在不同灌溉系統(tǒng)的首部位置，需要做好快速空氣閥以及釋壓閥的設(shè)置，其中，釋壓閥的作用是實(shí)現(xiàn)管道泵站以及系統(tǒng)的保護(hù)，能夠避免輪灌組輪換以及系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中形成超高壓。空氣閥的作用即在系統(tǒng)啟閉時(shí)實(shí)現(xiàn)其保護(hù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

滴灌是現(xiàn)今水利工程建設(shè)中經(jīng)常應(yīng)用的一種方式，在節(jié)水、提升灌溉效率方面具有積極的意義。在上文中，我們對(duì)滴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理進(jìn)行了一定的研究，在實(shí)際滴灌工程建設(shè)中，需要能夠充分聯(lián)系區(qū)域情況以及滴灌需求，不斷推動(dòng)區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展。

[1]俞衛(wèi)東,凌曉燕.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)果園滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014(12)：432-433.

[2]蘇學(xué)德,李銘,郭紹杰,等.干旱區(qū)滴灌葡萄園戈壁土壤氮磷鉀分布特征研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014(19)：123-128.

[3]殷飛.葡萄滴灌節(jié)水技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2014(07)：72-74.

[4]宋艷莉.淺談節(jié)水灌溉滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)[J].陜西水利，2013(05)：166-167.

[5]楊慧慧,王振華,何新林,等.極端干旱區(qū)葡萄滴灌耗水規(guī)律試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉，2011(02)：24-28.

[6]李福澤.葡萄基地節(jié)水灌溉方案設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2011(09)：21-22.