新型地埋式噴灌系統(tǒng)建設(shè)研究

王淑彩 何連宇 湯英 仝炳偉

摘要地埋式自動(dòng)伸縮噴灌設(shè)備作為一種新型高效節(jié)水灌溉設(shè)備具有較為顯著的優(yōu)勢。以寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園區(qū)內(nèi)建設(shè)的地埋式自動(dòng)伸縮噴灌苜蓿種植示范區(qū)為例，從現(xiàn)場勘測、施工方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場放線與土方開挖、管道鋪設(shè)安裝、壓力測試、噴頭安裝與管溝回填、檢查井與泄水井建設(shè)、首部過濾系統(tǒng)安裝、水源動(dòng)力系統(tǒng)建設(shè)等方面總結(jié)歸納了該系統(tǒng)的施工技術(shù)及其注意事項(xiàng)，為現(xiàn)有噴灌系統(tǒng)新建與改建及田間高效節(jié)水灌溉工程的建設(shè)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞地埋式；自動(dòng)伸縮；噴灌系統(tǒng)；建設(shè)技術(shù)

中圖分類號(hào)S274.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）23-0204-02

Study on Construction of New Buried Sprinkler Irrigation System

WANG Shucai1， HE Lianyu2， TANG Ying1 et al

（1. The Scientific Research Institute of the Water Conservancy of Ningxia， Yinchuan，Ningxia 750021； 2. Huaxia Tiannong （Beijing） Agricultural Science and Technology Co. Ltd.， Beijing 102209）

AbstractThe buried automatic telescopic sprinkler system as an new efficient watersaving irrigation equipment has significant advantages， which has reached the international advanced level. Taking a buried automatic telescopic sprinkler system of alfalfa planting demonstration area in the Ningxia watersaving and efficient agriculture science and technology park as an example， summed up the construction technology and the considerations for the system from the excavation site survey， construction design and lofting， earthwork excavation， pipeline installation and pressure testing， nozzle installation and backfill the trench， manholes and drain well construction， the filter system installation， water power system construction and others aspects. It can provided guidance for construction and renovation the sprinkler system or efficient watersaving irrigation projects.

Key wordsBuried；Automatic telescopic；Sprinkler system；Construction technology

基金項(xiàng)目寧夏回族自治區(qū)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（地埋式噴灌系統(tǒng)引進(jìn)與示范）；國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAD29B07）。

作者簡介王淑彩（1964—），女，寧夏鹽池人，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，從事經(jīng)濟(jì)管理及水利經(jīng)濟(jì)研究。

收稿日期2017-06-20

“地埋式自動(dòng)伸縮噴灌設(shè)備”是由中國灌溉排水發(fā)展中心、中灌潤茵（北京）節(jié)水灌溉設(shè)備有限責(zé)任公司、北京中灌綠源國際咨詢有限公司共同研制的一款新型節(jié)水灌溉設(shè)備[1-3]，該設(shè)備集成出地管、豎管、升降式噴頭于一體，埋設(shè)于耕作層以下，在水壓作用下自動(dòng)升出地面，同時(shí)具有噴水和頂出功能，具有灌溉結(jié)束后又能回縮至耕作層以下，不影響田間耕作、機(jī)械作業(yè)并避免人為破壞；無需尋找田間出水口位置；噴灌作業(yè)前后不需再行安裝或拆卸任何設(shè)施，無需田間套管或?qū)Ｓ迷O(shè)施保護(hù)等特點(diǎn)，大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了設(shè)備的毀損風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率[4-5]。該設(shè)備已在浙江、遼寧、寧夏等地的工程中成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[6]，對推動(dòng)節(jié)水灌溉具有重要的作用，市場前景廣闊。

2014年5月，由寧夏水利科學(xué)研究院與華夏天農(nóng)（北京）農(nóng)業(yè)科技有限公司合作承擔(dān)寧夏回族自治區(qū)科技支撐計(jì)劃（科技興農(nóng)專項(xiàng)）項(xiàng)目，在位于寧夏吳忠市同心縣的寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園區(qū)建設(shè)地埋式自動(dòng)伸縮噴灌區(qū)5.13 hm2，種植苜蓿及禾本科牧草。在地埋式自動(dòng)伸縮噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工及運(yùn)行管理時(shí)應(yīng)注意一些關(guān)鍵問題[7]，筆者結(jié)合華夏天農(nóng)（北京）農(nóng)業(yè)科技有限公司在寧夏平羅縣及吳忠（孫家灘）國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)等地建設(shè)地埋式自動(dòng)伸縮噴灌區(qū)過程中的一些安裝、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)得出地埋式自動(dòng)伸縮噴灌系統(tǒng)相關(guān)建設(shè)技術(shù)。

1寧夏同心地埋式自動(dòng)伸縮噴灌示范區(qū)概況

地埋式自動(dòng)伸縮噴灌示范區(qū)位于寧夏吳忠市同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園區(qū)內(nèi)，該區(qū)地處寧夏中部干旱帶核心區(qū)，海拔1 240 m，36°58′48″ N，105°54′24″ E。當(dāng)?shù)氐靥巸?nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，屬典型大陸季風(fēng)型氣候，冬寒長，春暖快，夏熱短，秋涼早。干旱少雨，水分極度缺乏，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均氣溫8.7 ℃，年最高氣溫36.7 ℃，最低氣溫25.4 ℃，≥10 ℃積溫2 300～3 100 ℃，年輻射熱平均5.94×105 J/cm2，年均日照2 750～3 000 h，無霜期140～170 d，多年平均降水量277 mm，且多集中在7、8、9月。年蒸發(fā)量2 325.1 mm，是降雨量的8.4倍，相對濕度52%。氣象災(zāi)害有干旱、霜凍、冰雹、青干、干熱風(fēng)、沙塵暴等。

2地埋式自動(dòng)伸縮噴灌系統(tǒng)施工技術(shù)

地埋式噴灌系統(tǒng)的安裝主要分為現(xiàn)場勘測、施工方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場放線及土方開挖、管道鋪設(shè)安裝與壓力測試、噴頭安裝、管溝回填、檢查井與泄水井建設(shè)、首部過濾系統(tǒng)安裝、水源動(dòng)力系統(tǒng)建設(shè)及工程驗(yàn)收與移交10個(gè)步驟，具體施工過程介紹如下。

2.1現(xiàn)場勘測

工程建設(shè)前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)實(shí)地對項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行踏勘。使用手持全球定位系統(tǒng)（GPS）對施工地塊進(jìn)行測量，將所測數(shù)據(jù)通過相關(guān)軟件導(dǎo)入電腦中，再結(jié)合谷歌地球（Google Earth）進(jìn)行校對，繪制出施工地塊外邊界線。

2.2施工方案設(shè)計(jì)

根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行施工方案的設(shè)計(jì)，包括管溝開挖參數(shù)、管網(wǎng)的布置、各級(jí)管道經(jīng)濟(jì)口徑、配件、閥井位置及建設(shè)參數(shù)等，尤其是針對項(xiàng)目區(qū)種植作物的灌溉設(shè)計(jì)參數(shù)。

①設(shè)計(jì)灌溉均勻度不低于85%。

②設(shè)計(jì)灌水定額、灌溉周期、一次灌溉時(shí)間應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀筚Y料以及土壤性質(zhì)。

③將設(shè)計(jì)方案交由現(xiàn)場施工人員，并進(jìn)行技術(shù)交接，確保施工人員正確地進(jìn)行施工。

2.3現(xiàn)場放線及土方開挖

2.3.1現(xiàn)場放線。

施工前應(yīng)按照預(yù)定的施工順序及設(shè)計(jì)方案對施工區(qū)進(jìn)行放線，其方法如下：

①管線溝不論主管或支管均敷石灰線，可根據(jù)現(xiàn)場情況對圖紙的管線進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

②檢查井、泄水井位置處可做特殊標(biāo)志，如插黃旗等。

③放線前需指定專人與設(shè)計(jì)工程師研討施工方法，放線過程中該專職人員應(yīng)隨時(shí)與設(shè)計(jì)人員密切配合磋商以確定噴灌系統(tǒng)的方式，放線完成后由設(shè)計(jì)工程師核定后方可施工。

④放線之處各標(biāo)識(shí)點(diǎn)應(yīng)采用長于100 cm的標(biāo)樁砸入地下以示標(biāo)記，待石灰線完成后不重要的可視需要拔除重復(fù)使用。另外，廢除的樁位或石灰記號(hào)必須當(dāng)天清除。

⑤放線過程中對原設(shè)計(jì)的管線走向修改必須與設(shè)計(jì)工程師協(xié)商后方可確定。

2.3.2土方開挖。

①溝槽開挖后，溝底不得有影響管道的大土塊、石塊或松散的浮土。

②挖掘出來的土方以不向管溝回落為原則，非必要禁止雙面堆土，如遇松軟或易坍塌的土質(zhì)除另規(guī)定處理辦法外，堆土應(yīng)離溝邊30 cm以上，以減輕側(cè)土壓。

③根據(jù)設(shè)計(jì)方案中溝深以及溝寬的要求進(jìn)行管溝開挖，開挖過程中安排指定人員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，對沒有達(dá)到規(guī)定要求的進(jìn)行修正。對于地埋式噴灌來說，SD-03深埋型號(hào)需挖深2.0 m，淺埋式則挖深0.8 m即可。具體深度依據(jù)設(shè)計(jì)要求。

④必須按照放線正直平整施工，不得任意偏斜、曲折。

⑤在管溝開挖完后，先對溝底進(jìn)行清理，再架設(shè)水準(zhǔn)儀對整條溝進(jìn)行超平。

2.4管道鋪設(shè)安裝與壓力測試

2.4.1管道鋪設(shè)安裝。

項(xiàng)目的供水管使用硬聚氯乙烯（UPVC）活套承插給水管和膠合劑粘接給水管。

①凡活套承插的管路必須在管溝內(nèi)連接，嚴(yán)禁連接好后再置入溝中，以免接口松動(dòng)。

②粘接管應(yīng)在管溝未堆土一端先接好后再整段放入管溝，但必須注意下列各點(diǎn)：

一次不得超過4根管，并只限于直管，凡轉(zhuǎn)彎處必須在溝底施工。

UPVC管置于有弧度的溝中時(shí)，其最小容許彎曲半徑為管徑的200倍。

溝外作業(yè)將管放入管溝中必須兩人作業(yè)，不得一人將一端放入溝中后，其余部分以不正當(dāng)?shù)呐にし绞绞蛊涞羧霚现?，以防接頭處漏水。

管道連接前要進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)有破損、裂痕、明顯變形、顏色不統(tǒng)一等異?，F(xiàn)象的管路必須立即更換，并加以標(biāo)記另行更換。

各管連接涂膠之前管口內(nèi)外管壁均應(yīng)清潔、干燥，管件連接亦同。

管道連接前，應(yīng)檢查管頭斷面角度與管件內(nèi)部角度是否相同，如不同，需用銼子將其打磨成相同角度，并將渣滓清除后方可連接。

③工作暫?；蛐菹r(shí)，一切管口均需用蓋遮牢，以防不潔之物滲入管內(nèi)。管路接完未試壓之前，應(yīng)先將管身覆土，以求保護(hù)。

④各級(jí)管路以及管件的選擇需依照圖紙標(biāo)注進(jìn)行選配安裝。

2.4.2管道壓力測試。

管道安裝后應(yīng)做水壓試驗(yàn)，它是檢驗(yàn)管道安裝質(zhì)量，進(jìn)行管道驗(yàn)收的主要內(nèi)容之一。管路應(yīng)分段進(jìn)行水壓試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)段的長度不應(yīng)大于1 km。試驗(yàn)段的兩端均應(yīng)以堵頭封住，并加以支撐撐牢，以免接頭沖開發(fā)生意外。管道測壓前，應(yīng)先向試驗(yàn)管段沖水，排除管內(nèi)空氣。管內(nèi)沖水時(shí)間滿足規(guī)定后，即可進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。埋設(shè)在地下的管道在進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，用試壓泵將試驗(yàn)段管壓升高到試驗(yàn)壓力，恒定時(shí)間至少10 min，檢查管道、附件和接口，如未發(fā)現(xiàn)管破壞以及較嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象，則認(rèn)為強(qiáng)度合格，即可進(jìn)行滲水量嚴(yán)密性試驗(yàn)。

2.5噴頭安裝

①噴頭的布置間距必須按照設(shè)計(jì)間距安裝，不能擅自改變，以確保灌溉均勻度。

②噴頭安裝在每條支管上，通過UPVC三通、外絲與管路進(jìn)行連接。

③噴頭必須與地面垂直，周圍要用細(xì)土回填，并充分夯實(shí)，保證噴頭穩(wěn)定。

2.6管溝回填

全部回填之前必須要經(jīng)過試壓并經(jīng)項(xiàng)目經(jīng)理同意后方可回填。如果溝槽的土質(zhì)較差，如：巖土石塊或礫石較多時(shí)，則需外運(yùn)沙或細(xì)土回填?；靥畈襟E具體如下：

①輸水管放置管溝之前溝底需夯實(shí)，以溝底無浮土為準(zhǔn)。溝底回填10 cm（壓實(shí)厚度）沙或細(xì)土并予刮平壓實(shí)，使輸水管與溝底緊貼而無間隙，繼續(xù)填至管面上10 cm，進(jìn)行夯實(shí)。

②前項(xiàng)回填及管理作業(yè)完成后即著手其余回填，其材料可使用原挖出的土方。但其中不可含石礫（直徑10 cm）、土塊或其他雜物，夯實(shí)度至少85%以上。

③回填時(shí)應(yīng)注意扶持噴體，使其垂直地面。先用人工在噴體周圍用細(xì)土回填夯實(shí)，當(dāng)噴體埋深50 cm以上方可使用挖掘機(jī)進(jìn)行全面回填。

④在管溝回填后進(jìn)行水夯（即用水澆灌管溝），在回填土下沉到一定程度并停止下陷后，再利用機(jī)械將下沉所缺土層填補(bǔ)。

2.7檢查井、泄水井建設(shè)

①檢查（閥門）井。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在每個(gè)安裝閥門位置修建檢查井，對項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行輪灌管理，檢查井修建尺寸依據(jù)設(shè)計(jì)方案。

②泄水井。泄水井是灌溉期結(jié)束后放空管道中余存水量的設(shè)施，可以防止管道在冬季被凍裂。依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行修建，如發(fā)生與設(shè)計(jì)圖紙不一的地方可征求設(shè)計(jì)工程師的同意進(jìn)行修改，確保修建在管路最低處。在冬天對整個(gè)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行泄水確保管路不被凍壞。

2.8首部過濾系統(tǒng)安裝

過濾器是整個(gè)灌溉系統(tǒng)的核心，對整個(gè)灌溉系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，首部過濾器需要根據(jù)所用水源的水質(zhì)進(jìn)行選擇，對于不同的水質(zhì)所選取的過濾系統(tǒng)亦不相同，例如：河水、蓄水池等由于水中浮游生物、水藻較多，因此選擇砂石+疊片（網(wǎng)式）組合過濾系統(tǒng)；井水等含砂礫較多水源則選用離心+疊片（網(wǎng)式）組合過濾系統(tǒng)。首部過濾系統(tǒng)選擇完畢后需要進(jìn)行檢驗(yàn)是否漏水。

2.9水源動(dòng)力系統(tǒng)建設(shè)

水源動(dòng)力系統(tǒng)一般指提供給水源壓力的裝置，針對于不同灌溉方式其所需壓力皆不相同，地埋式自動(dòng)伸縮噴灌設(shè)備在不同的噴頭布置、不同的噴頭選型所需要的壓力也不盡相同。具體所需壓力參照設(shè)計(jì)方案。

2.10工程驗(yàn)收與移交

在以上步驟全部完成且經(jīng)過各項(xiàng)測試，未出現(xiàn)任何問題時(shí)，可向委托方提交驗(yàn)收報(bào)告，在驗(yàn)收專家及委托單位共同檢驗(yàn)并試運(yùn)行灌溉系統(tǒng)正常后，即可通過驗(yàn)收。然后，施工方將相關(guān)操作規(guī)程和注意事項(xiàng)及全部過程移交給委托方。

3結(jié)論與討論

地埋式自動(dòng)伸縮噴灌設(shè)備作為一種達(dá)到國際領(lǐng)先水平的新型高效節(jié)水灌溉設(shè)備，具有鉆土功能噴頭的設(shè)計(jì)創(chuàng)新、獲得國家發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新以及噴灌、管灌均可使用的功能創(chuàng)新等較為顯著的優(yōu)勢。該研究以寧夏旱作節(jié)水高效農(nóng)業(yè)科技園區(qū)內(nèi)建設(shè)的地埋式自動(dòng)伸縮噴灌苜蓿種植示范區(qū)為例，從現(xiàn)場勘測、施工方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)場放線與土方開挖、管道鋪設(shè)安裝與壓力測試、噴頭安裝、管溝回填、檢查井與泄水井建設(shè)、首部過濾系統(tǒng)安裝、水源動(dòng)力系統(tǒng)建設(shè)及工程驗(yàn)收10個(gè)方面總結(jié)歸納了該系統(tǒng)的施工技術(shù)及其注意事項(xiàng)，為現(xiàn)有噴灌系統(tǒng)新建與改建及田間高效節(jié)水灌溉工程的建設(shè)提供指導(dǎo)。

作為一個(gè)新興的高效節(jié)水灌溉設(shè)備，其不同型號(hào)的產(chǎn)品具備不同的特點(diǎn)及適用條件，如何確定不同產(chǎn)品適用的作物類型及其相應(yīng)的關(guān)鍵灌溉參數(shù)以及如何針對實(shí)際情況，創(chuàng)新不同噴頭間的組合模式，最大程度地發(fā)揮其效用并產(chǎn)出最大效益都值得進(jìn)一步研究。

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