普定縣“沙灣”農(nóng)業(yè)大觀園滴灌工程設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)普定縣“沙灣”農(nóng)業(yè)大觀園現(xiàn)存的基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善，灌溉用水制度不合理等問題，根據(jù)葡萄生長特性設(shè)計(jì)采取先進(jìn)的滴灌節(jié)水方案，為繼續(xù)推進(jìn)園區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，保證農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要的基礎(chǔ)保障條件。

關(guān)鍵詞：節(jié)水灌溉；滴灌；葡萄滴灌；水力計(jì)算

1 工程概況

普定縣“沙灣”農(nóng)業(yè)大觀園位于貴州省普定縣，園區(qū)平均海拔1200米，全年氣候溫和、冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑。這樣的氣候?yàn)榫匪N植提供了得天獨(dú)厚的自然條件。該園區(qū)主要種植紅不軟桃、紫王葡萄、無籽石榴等精品水果，示范區(qū)域6000畝，輻射帶動(dòng)區(qū)域30000畝，園區(qū)土地經(jīng)過流轉(zhuǎn)后，主要采取大戶帶動(dòng)、農(nóng)戶參與、政府扶持的發(fā)展模式。園區(qū)核心區(qū)種植面積為1850畝，主要種植葡萄、石榴、杏樹、桃樹等經(jīng)濟(jì)作物。其中：滴灌灌區(qū)種植面積130.6畝，全部種植葡萄。葡萄種植行距為1m-2m-1m，株距為0.8m，種植方向大致垂直于園區(qū)內(nèi)的主干道。園區(qū)內(nèi)耕地起伏較大，沒有統(tǒng)一的坡度，設(shè)計(jì)按面積最大的地塊的坡度計(jì)算，葡萄種植區(qū)坡度為2.6%。園區(qū)土壤類型為壤粘土，土壤容重1.40g/cm3，土壤田間持水量取28%，土層厚度80～100cm。

2 滴灌灌區(qū)工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)灌溉制度確定

根據(jù)水源、灌區(qū)的地理位置，總體布局思路為：滴灌工程管網(wǎng)由干管、支管、輔管及滴灌管組成，滴灌管平行于葡萄種植方向布置，輔管垂直于滴灌管，干管沿已建的園區(qū)主干道布置。由于園區(qū)地勢(shì)高差較大，平均高差大于3.0m，故設(shè)計(jì)采用16×400-3.0-50/400-A型壓力補(bǔ)償式滴灌管。

灌區(qū)滴灌設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)保證率為85%；土壤濕潤比取40%；滴灌的設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度取為4mm/d；灌溉水利用系數(shù)為0.9；系統(tǒng)工作時(shí)間為20h；灌水器設(shè)計(jì)允許流量偏差率為20%；最大凈灌水定額mmax=12.54mm；灌水周期T=3d；毛灌水定額為13.33mm（8.89m3/畝），凈灌水定額為12mm（8m3/畝）；一次灌水延續(xù)時(shí)間為2.75h。

葡萄灌水的時(shí)期一般在生長前期，要求水分供應(yīng)充足，有利于生長與結(jié)果；生長后期要控制水分，保證及時(shí)停止生長，使葡萄進(jìn)入休眠期，做好越冬準(zhǔn)備。根據(jù)葡萄生育期各階段的蓄水特性及氣候、土壤特點(diǎn)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本參數(shù)，結(jié)合滴灌灌溉經(jīng)驗(yàn)，制定出葡萄灌溉制度，如表1所示。

在作物非需水高峰期，作物日耗水強(qiáng)度減小，需水量減小，具體灌水定額和灌溉次數(shù)視當(dāng)時(shí)的氣候條件、土壤墑情等參照表1而定。

2.2 灌水小區(qū)水力計(jì)算及系統(tǒng)工作制度

（1）灌水小區(qū)水力計(jì)算

根據(jù)管網(wǎng)布置，本系統(tǒng)灌水小區(qū)由毛管、輔管組成，水頭偏差在毛管、輔管間分配，毛管分配率為0.6，輔管分配率為0.4。壓力補(bǔ)償式滴頭只要壓力在其允許的工作壓力范圍內(nèi)，即可達(dá)到穩(wěn)定出流的要求，但為計(jì)算極限毛管長度，設(shè)計(jì)按滴頭工作壓力范圍（15-45m）的中間值取值進(jìn)行計(jì)算，取灌水小區(qū)允許水頭偏差為20m水頭，則毛管允許水頭偏差為12m，輔管允許水頭偏差為8m。

毛管極限長度：系統(tǒng)中沒有逆坡布置的毛管，故毛管極限長度按平坡、順坡兩種布置方式計(jì)算。計(jì)算得平坡條件下毛管極限長度為150.6m，順坡條件下毛管極限長度為165.8m。根據(jù)實(shí)際地塊的分布，設(shè)計(jì)取毛管孔數(shù)為250個(gè)，即毛管長度為100m，小于平坡、順坡布置的極限長度，滿足水頭偏差要求。根據(jù)實(shí)際布置，部分地塊不規(guī)則的地方最大毛管長度為135m，仍然小于毛管極限長度。

輔管垂直于毛管布置，且布置長度較短，所以輔管均按平坡計(jì)算。輔管極限長度計(jì)算公式及方法參照毛管。不同的是，輔管出水孔流量為一條毛管的設(shè)計(jì)流量，孔口間距為毛管布置間距。初步選用dn50（PE100級(jí)，1.60MPa）PE管，計(jì)算得，輔管單側(cè)極限孔口數(shù)為21個(gè)。布置輔管的主要目的是控制滴灌管進(jìn)行輪灌，根據(jù)實(shí)際地塊分布，設(shè)計(jì)取輔管單側(cè)孔口數(shù)為14個(gè)，小于輔管極限孔口數(shù)。即輔管一半長度為20m，一條輔管長度為40m。

（2）系統(tǒng)工作制度

滴灌系統(tǒng)地塊并不規(guī)則，不能按照灌溉面積或者毛管長度進(jìn)行均等的輪灌分組，需根據(jù)確定的毛管、輔管布置參數(shù)進(jìn)行管網(wǎng)平面布置，再因地制宜進(jìn)行輪灌分組，共分為10個(gè)輪灌組。

2.3 管網(wǎng)水力計(jì)算及管網(wǎng)敷設(shè)

（1）管網(wǎng)水力計(jì)算

毛管水力計(jì)算：毛管水力計(jì)算分別選取平坡和順坡的典型毛管進(jìn)行計(jì)算，取較大值為輔管出口壓力控制結(jié)果。經(jīng)計(jì)算，毛管進(jìn)口所需最小水頭為17.87m，也即輔管末端需為毛管提供不小于17.87m的工作壓力水頭。

輔管、支管、干管水力計(jì)算：為統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，支管、引水管均按《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 20203-2006）進(jìn)行計(jì)算[1]。經(jīng)輔管、支管、干管的水頭損失計(jì)算復(fù)核，所選的管材滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

（2）管網(wǎng)敷設(shè)

滴灌系統(tǒng)中全部管道均采用地埋式敷設(shè)。干管、支管管頂覆土一般不宜小于0.8m。由于葡萄已經(jīng)種植成型，考慮葡萄根系大、分布深，為了避免傷到根系，輔管、毛管最大埋深不超過0.15m，設(shè)計(jì)采用埋深為0.15m，管道周圍應(yīng)用細(xì)土回填；回填土的壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于90%。在巖基上埋設(shè)管道，應(yīng)鋪設(shè)砂墊層；在承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的軟地基上埋設(shè)管道，應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)處理。在管道橫穿公路的管段需采用鑄鐵套管，便于檢修；管道鋪設(shè)過程中需在地形凸起和凹陷處設(shè)置排氣閥和沖沙閥，有效減小管道的水擊破壞和淤沙堵塞問題；每條干管、支管末尾均設(shè)置泄水閥。

2.4 首部系統(tǒng)設(shè)計(jì)

園區(qū)內(nèi)的微潤灌灌區(qū)、滴灌灌區(qū)共同使用一套首部系統(tǒng)。微潤灌灌區(qū)需24h連續(xù)灌水，故不分輪灌組；滴灌灌區(qū)輪灌組為10個(gè)，灌溉周期為3d，一次灌水延續(xù)時(shí)間為2.75h。微潤灌灌區(qū)最大灌溉流量為4.75m3/h；滴灌灌區(qū)10個(gè)輪灌組中，最大流量為54.59m3/h，所以首部設(shè)計(jì)過濾流量為59.34m3/h。微潤灌對(duì)水頭的要求比較低，一般不超過15m；滴灌系統(tǒng)所需設(shè)計(jì)水頭為28.06m，加上首部過濾設(shè)施的水頭損失（一般為7-10m），即為38.06m。但過濾器設(shè)計(jì)工作水頭為40-60m，所以在首部系統(tǒng)過濾器入口處的水頭不宜低于40m。輸水主管進(jìn)入首部系統(tǒng)的水頭壓力為42.44m，滿足要求。

地下水一般采用旋流水砂分離器與篩網(wǎng)過濾器組合過濾，首部系統(tǒng)最大工作流量為59.34m3/h，本設(shè)計(jì)采用LW-80的“旋流水沙分離器+篩網(wǎng)（200目）過濾器”進(jìn)行過濾，過濾器額定流量為80m3/h，過濾器工作水頭40-60m。本系統(tǒng)面積為310.6畝，其中微潤灌灌區(qū)面積為180畝，滴灌灌區(qū)面積為130.6畝，為減少注肥次數(shù)，選用SFG-150L的壓差式施肥罐。

3 結(jié)束語

普定縣“沙灣”農(nóng)業(yè)大觀園基礎(chǔ)設(shè)施配套不完善，尤其是園區(qū)作物灌溉用水問題，嚴(yán)重制約園區(qū)可持續(xù)高效發(fā)展。為了確保園區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高效優(yōu)質(zhì)發(fā)展，根據(jù)葡萄生長特性，采取先進(jìn)的滴灌節(jié)水灌溉設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合土壤墑情監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理方式，以期將園區(qū)打造建設(shè)成一個(gè)集先進(jìn)節(jié)水灌溉管理方式、生態(tài)綠色經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物種植的一片示范園區(qū)。

參考文獻(xiàn)

[1]韋寶.淺析上三灌區(qū)河水滴灌工程設(shè)計(jì)[J].甘肅科技，2015，31（16）：124-125.

作者簡介：張曉松（1989-），男，苗族，貴州省遵義市人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。