淺談滴灌系統的設計

□劉剛

卷盤式噴灌是旱田節水灌溉的一種模式，但這種灌溉方式在半山區難以推廣。為提高水資源利用率，擴大灌溉面積，現簡要介紹一下滴灌系統的設計。

一、設計基本資料

（一）典型區地形

滴灌系統典型地塊大致呈長方形，面積210畝，東西長400m，南北寬350m，總地勢為北高南低，東高西低，地面比降為東西10‰，南北5‰。

（二）土壤狀況

土壤質地為輕黏土，容重1.4g/cm3，鹽堿含量不大，區內未見鹽堿斑，土層30～50cm。

（三）種植模式

種植作物為粘玉米，滴灌種植模式采用大壟雙行種植，壟寬120～130cm，株距30cm。

（四）管網系統

水源—加壓提水設備（水泵）—首部裝置（含過濾器、施肥設施等）—干管—支管—輔管—毛管（滴管帶）。

二、設計參數與灌溉制度

（一）設計參數

1.設計保證率：不低于85%；

2.灌溉水利用系數：0.90；

3.設計系統的日工作小時數：20h；

4.滴灌設計土壤濕潤比（P）：55%；

5.設計耗水強度（Ea）：4.0mm/d；

6.土壤容重：1.4g/cm3。

本設計典型地塊灌溉作物為大壟雙玉米，作物種植間距為1.2m×0.3m，故滴灌帶選用內徑為16mm的單翼迷宮式滴灌帶，以該產品的參數進行設計。設計布置為一根滴灌帶灌兩行玉米，滴灌帶間距SL為1.2m，滴頭間距Se為0.3m，滴頭平均流量Qa為2.4L/h，滴頭工作水頭10m，流態指數X＝0.615。

（二）灌溉制度

1.設計灌水定額。根據資料計算如下：

此灌水定額為作物需水高峰值。

2.設計灌水周期。T=（m/Ea）×η=（34.2/4.0）×0.9=7.7（天）

取灌水周期為8天

3.一次灌水延續時間。t=m×Se×Sr/qd=31.1×0.3×1.2/2.4=4.7（小時）

4.輪灌組數目的確定。N≤CT/t=（8×20）/4.7=34

根據實際情況取N=32組。

5.輪灌組的劃分及運行。根據滴灌系統的布置，為保證系統持續穩定的壓力，分散水流，降低管道水頭損失，將系統劃分4個輪灌區。運行時，一次開一條分干，單側支管同時打開，每條支管只打開一條輔管，同時打開的輔管為一個輪灌組，共32組，每日完成灌溉組數為4組。

（三）灌水均勻度

1.滴灌均勻系數。水利部行業標準《微灌工程技術規范》規定，灌水器設計允許流量偏差率qv應不大于20%，設計灌水均勻度不低于0.95。

2.灌水小區允許水頭偏差。滴頭工作水頭偏差率hV：

式中：x—滴頭流態指數。

3.灌水小區允許水頭偏差按下式計算：

式中：[ΔH]—灌水小區允許水頭偏差，m；

hd—設計滴頭工作水頭，m。

三、系統水力計算

按最不利的輪灌組計算水頭損失。

（一）毛管設計

1.滴灌帶的選型。根據有關設計資料，毛管選用單翼迷宮壓邊式Ф16×300-2.4。

2.毛管極限滴頭個數的確定。根據該項目區地勢特點，土地平整，按均勻地形坡毛管的極限孔數計算方法計算，公式如下：

經計算：逆坡Nm=117>設計滴頭孔數N=116，滿足要求；順坡Nm=261>設計滴頭孔數N=216，滿足要求。

3.極限長度。Lm=Nm×Se=216×0.3=64.8m。取滴灌極限長度50m。

4.毛管的沿程水頭損失：

經計算順坡h毛=1.1m，逆坡h毛=0.44m，均小于[Δh2]，滿足毛管水頭偏差要求。

5.毛管的局部水頭損失hj毛。按沿程水頭損失的12%計算，hj毛=0.13m。

表1 毛管工作參數計算表

（二）輔管的沿程損失計算

滿足灌水小區均勻度要求。

局部水頭損失按沿程水頭損失的12%計算，hj輛=0.17 m。

h付+h毛=1.56+1.23=2.79m＜3.3m

（三）支管的設計

配水支管管徑及水頭損失計算：

根據聚乙稀微灌管規格，支管擬選用PE63×4.7/0.4型。

根據項目區地勢平坦特點，經計算支管沿程水頭損失（計算至支管末端附管）為3.63m，局部水頭損失為0.36m。

（四）干管的設計

各級干管設計流量根據機井流量及運行方案確定。

支管水頭損失計算：流量確定后，根據經濟流速或經濟水力坡度預選管徑，然后計算系統各部分水頭損失，校核各管段承壓力，最后確定干管實選管徑。

干管管徑計算：

根據聚氯乙稀微灌管規格，分干管擬選用管徑為PVC80×4.7/0.4塑料管，總干管擬選用PVC160×4.7/0.6塑料管。干管水頭損失按最不利組合計算，計算公式如下：

經計算干管總沿程水頭損失11.7m，局部水頭損失1.2 m。

四、系統首部設計

滴灌系統首部的設計包括水泵、水源過濾設備及施肥罐的選型。

（一）水源過濾設備選型

水源為井水，水質良好，適于農田灌溉。所含雜質主要為砂粒，首部選用一組獨立單體過濾器即可，其型號選擇應根據其過流量（系統的設計流量）確定。本系統設計流量為20～40m3/h，可選用過流能力大于等于該值的潛水泵。

（二）施肥罐選擇

施肥罐的選型一般根據滴灌地的規劃面積即系統流量選擇，面積大的選用較大容積的，面積小的選用較小容積的。本系統規劃面積為14公頃(210畝)，應選用施肥罐為50L。

（三）水泵與動力選型

1.揚程。H揚=過濾沖洗等水頭損失和+井水動水位+∑hf+∑hj+ΔZ(高差)+安全富裕度

2.水泵根據滴灌系統設計流量選定。根據以上最不利情況下的水力計算，系統正常工作所需總揚程為78m，所需總流量為32m3/h，因此所選水泵型號為：200QJ32-78/6-13，其配套電機功率為13kW。