基于海南省東方市冬季瓜菜基地菜田改造的節(jié)水灌溉管道設(shè)計分析

摘 要：“菜籃子”工程的建立扭轉(zhuǎn)了我國蔬菜瓜果等供應(yīng)效率的問題，由于海南省位于我國最南端，屬于島嶼形式，其蔬菜及瓜果的種植范圍相對較小，嚴(yán)重影響了人們對于蔬菜瓜果等的需求，因此需要在節(jié)水灌溉管道設(shè)計上下文章，保證整個海南省能夠滿足人們對于蔬菜瓜果的需求。但按照菜田的標(biāo)準(zhǔn)，其現(xiàn)狀的灌溉系統(tǒng)還需進(jìn)一步完善。因此本文以節(jié)水灌溉管道設(shè)計為主要研究對象，對基于瓜菜田地內(nèi)的節(jié)水灌溉形式及相應(yīng)管道設(shè)計進(jìn)行有效分析。

關(guān)鍵詞：節(jié)水灌溉；管道設(shè)計；菜田改造

在菜田改造項目中，最為重要的就是管道的有效設(shè)計進(jìn)而實現(xiàn)整個菜田改造工程的持續(xù)有效性發(fā)展。本文以三家鎮(zhèn)節(jié)水灌溉管道設(shè)計為研究對象，項目區(qū)可利用的地表水灌溉水源為天惠水庫及戈枕干渠。灌溉方式為微噴灌。但項目區(qū)現(xiàn)狀沒有規(guī)范的灌溉制度，取水泵站雜亂分散，管網(wǎng)布局不合理。因此，需要對其節(jié)水灌溉系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計。

一、項目簡介

項目現(xiàn)場自然條件概況。項目區(qū)土地面積6580畝。整個項目區(qū)地形為坡地。擁有低海拔丘陵、小平原、熱帶雨林，陽光充足，土壤平整肥沃，渠水環(huán)繞，是發(fā)展熱帶高效農(nóng)業(yè)、冬季瓜菜、熱帶水果的極佳用地。

二、灌溉系統(tǒng)工程總體布置及水力計算分析

1.工程總體布置。水源布局：本項目共分10分分區(qū)，每個分區(qū)配套一座蓄水池；2座抽水泵站及配套電力設(shè)施。1#泵站位于項目區(qū)西北側(cè)，灌溉水源為戈枕干渠，控灌A、B、C、D共4個分區(qū)，控灌總面積2281.81畝；2#泵站位于項目區(qū)北側(cè)灌溉水源為天惠水庫，控灌E、F、G、H、I、J共6個分區(qū)，控灌總面積3310.25畝。

2.微噴灌技術(shù)參數(shù)。項目區(qū)內(nèi)種植熱帶瓜菜作物，根據(jù)作物類型特點及農(nóng)戶實際生產(chǎn)的需要，考慮經(jīng)濟(jì)性要求并結(jié)合資金情況，作物灌溉采用微噴灌灌溉方式。灌水器為微噴帶，外徑為32mm，設(shè)計工作水頭為5m；每米流量30 m3/h。

本設(shè)計土壤容重1.45g/cm3，土壤計劃濕潤層深度30cm，設(shè)計濕潤比40%，適宜土壤含水率上限22%，適宜土壤含水率下限13%，作物日耗水強度4.5mm/d，灌溉水利用系數(shù)0.9，日灌溉運行時間14h。根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》，可算得灌水周期為3天，設(shè)計灌水定額15.0mm，一次灌水延續(xù)時間0.99h，最大輪灌組42組。

3.噴水帶最大長度確定。為了保證同一噴水帶上各噴頭實際噴水量的相對偏差不超過10%，同一噴水帶上任意兩組噴水孔之間的工作壓力差應(yīng)在設(shè)計工作壓力20%以內(nèi)，因噴水帶基本沿等高線布設(shè)，沿程高程取零，故需控制噴水帶沿程水頭損失在設(shè)計工作壓力20%內(nèi)。噴水帶為多孔出流，噴水帶沿程水頭損失按多孔系數(shù)法計算。

沿程水頭損失：hf=fLQm/Db

式中：hf——沿程水頭損失，m；L——管長，m；Q——流量，L/h；m——流量指數(shù)；f——管道摩阻系數(shù)；d——管道內(nèi)徑，mm；b——管徑指數(shù)。

多孔流出管水頭損失計算：Hf=F hf，多孔系數(shù)F與出流孔數(shù)目、孔口位置及流量指數(shù)有關(guān)，一般計算公式為：

，

式中m——所采用的沿程水頭損失計算公式中的流量指數(shù)； N——管上出水口總數(shù)；x——第一個出水口到管道進(jìn)口距離l1與出水口間距l(xiāng)的比值，即；F1——x=1時的多孔系數(shù)。

噴水帶f=0.505、m=1.75、b=4.75。經(jīng)試算噴水帶上水頭損失與噴水帶長度的對應(yīng)關(guān)系見下表：

由計算表格可知，一條噴水帶長度不得超過75m。噴水帶首尾的高程差沒有計算考慮進(jìn)去，而地形起伏變化較大，難以控制一根噴水帶在同一水平高度，所以本設(shè)計布置時，取一條噴水帶長度不大于60m。

4.支管管徑的選擇。支管、分干管及干管選擇UPVC給水管，管徑主要是從經(jīng)濟(jì)角度加以選擇，即在滿足下一級管道流量和壓力的前提下按費用最少的原則選擇。本項目的經(jīng)濟(jì)流速參考下表取。

支管沿程水頭損失按多孔系數(shù)法計算，局部水頭損失按沿程水頭損失的0.15計：hw=hf+hj= hf +0.15 hf =1.15 hf。對于UPVC給水管f=0.464、m=1.77、b=4.77。支管的管徑選擇及其水頭損失計算方法如下表示例。

5.輪灌組設(shè)計。本設(shè)計干管、分干管為續(xù)灌，支管為輪灌。為了使每個輪灌組灌水時出水量基本相等，壓力比較均勻，縮小管徑，降低工程投資，根據(jù)實際支管情況劃分輪灌組。

6.分干管、干管管徑計算選擇及水頭損失計算。分干管段及干管的設(shè)計最大流量為分干管段或干管段上支管按照輪灌組編制運行時，流經(jīng)該分干管段或干管段的最大流量。分干管、干管的管徑選擇及其水頭損失計算方法如下表示例（因本項目為自流灌溉，為保證離蓄水池遠(yuǎn)處噴水帶有足夠工作壓力，本設(shè)計分干管管徑及干管管徑偏大以減小水頭損失）。

7.水泵參數(shù)計算及選型。（1）水泵流量及蓄水池容積確定。因蓄水池只是起到調(diào)節(jié)作用，并考慮施工方便，項目區(qū)的蓄水池容積均取為200m3的矩形蓄水池。

假定某區(qū)提水泵流量Q0，則此時該分區(qū)所需調(diào)節(jié)水量應(yīng)不大于蓄水池容量：

式中V——某區(qū)在提水泵流量為Q0時所需的調(diào)節(jié)水量，m3；

Qi——該區(qū)第i個輪灌組的田間灌溉流量，m3/h；

Q0——某區(qū)假定提水泵流量，m3/h；

t——每個輪灌組的灌溉延續(xù)時間，本設(shè)計中為0.99h。

以A區(qū)為例，假定A區(qū)提水泵流量QA=1160m3/h，則。故A區(qū)的提水泵流量選為116 m3/h。

（2）泵站上水管水力計算及水泵揚程計算。水泵揚程：H=Zd-Zs+hw+∑hj

式中：H——水泵設(shè)計揚程 （m） ；

Zd——蓄水池的水面高程（m）；

Zs——水源水面高程（m）；

hw——由水泵出水管至蓄水池之間管道的總水頭損失（m）；

∑hj——底閥、止回閥等管件水頭損失，取5.0m。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：王和俊（1990-8- ），男，籍貫：海南?？?，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于武漢大學(xué)，現(xiàn)有職稱：初級工程師，研究方向：水工建筑物。