節(jié)水灌溉典型區(qū)實(shí)例設(shè)計(jì)

王 洋，姜曉冬

(佳木斯市水務(wù)局，黑龍江佳木斯154002)

綏濱于1964年建縣，現(xiàn)共有9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和二九○、普陽(yáng)、綏濱3個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)。縣屬總土地面積1 789 km2，耕地面積8萬(wàn)hm2，其中水田2.27萬(wàn)hm2，旱田5.73萬(wàn)hm2。總?cè)丝?3.42萬(wàn)人，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值 5.81億元，農(nóng)民人均純收入1 239元。

在2010年政府工作報(bào)告中，溫總理將“建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田”列為水利工作的重要內(nèi)容，對(duì)水利工作提出了新的要求、明確了新的任務(wù)。因此建設(shè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)糧食生產(chǎn)基地越來(lái)越受到國(guó)家及農(nóng)民群眾的重視。

2009年綏濱縣建設(shè)移動(dòng)式滴灌工程灌溉面積1 667 hm2，配備移動(dòng)式滴灌設(shè)備250套。旱田噴灌節(jié)水灌溉面積1 353 hm2，配備新打機(jī)電井92眼，噴灌設(shè)備92套，新打機(jī)電井92眼，噴灌泵及配套柴油機(jī)92臺(tái)，干管采用65 mm涂塑移動(dòng)式軟管73 760 m，鋁合金噴頭2 590個(gè)。以下將工程設(shè)計(jì)與典型工程設(shè)計(jì)介紹如下。

1 總體工程設(shè)計(jì)

對(duì)具有機(jī)電井水源工程和小四輪、水罐等設(shè)備并且地塊比較集中連片的村屯，采用移動(dòng)式滴灌措施。該項(xiàng)目總面積1 667 hm2。1套移動(dòng)式滴灌設(shè)備，按1個(gè)輪灌周期(10 d)控制面積以6.67 hm2/套計(jì)算，需滴灌設(shè)備250套。

對(duì)地塊較為平整、規(guī)模較大，村屯農(nóng)戶對(duì)旱田噴灌積極性高，而且當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)較好，有較強(qiáng)自籌資金能力的村屯采用旱田節(jié)水噴灌措施。旱田節(jié)水噴灌項(xiàng)目總面積1 353 hm2。需新打機(jī)電井92眼，噴灌泵及配套柴油機(jī)92臺(tái)，干管采用65 mm涂塑移動(dòng)式軟管73 760 m，鋁合金噴頭2 590個(gè)，干管垂直壟向布置、支管平行壟向布置。為了提高工作效率，每眼井配備兩根支管，每根支管噴灌時(shí)間為4 h/次，移動(dòng)4次/d，工作16 h/d。

2 典型工程設(shè)計(jì)

2.1 噴頭選型與組合

在兩個(gè)噴灌區(qū)內(nèi)選擇最具代表性的永豐村北玉米種植區(qū)作為典型區(qū)，典型區(qū)長(zhǎng)560 m，寬280 m，面積為15.67 hm2。根據(jù)地塊面積、形狀和壟向在地塊中間打直徑150 mm機(jī)電井1眼，成井深度為30 m。干管垂直壟向布置，支管平行壟向布置。查表確定砂壤土的允許噴灌強(qiáng)度ρ允為15 mm/h。霧化指標(biāo)應(yīng)3 000～4 000，選擇鋁合金噴頭。其基本性能為:噴頭工作壓力hp為350 kPa，噴嘴直徑d為6.5 mm，流量q為4.5 m3/h，射程10 m，ρ為14.3 mm/h ＜ ρ允，支管長(zhǎng)度為270 m，每根支管安裝14個(gè)噴頭，支管入口流量為63 m3/h。

2.2 運(yùn)行方式

根據(jù)該區(qū)的風(fēng)力、風(fēng)向狀況，采用全圓噴灌、方形組合，噴頭運(yùn)行方式為一行多噴頭同時(shí)噴灑，噴頭組合間距為20 m，支管順壟向布設(shè)。

2.3 灌溉制度

設(shè)計(jì)灌水定額:計(jì)劃濕潤(rùn)層深度h為40 cm;適宜土壤含水量上下限取田間持水量的60% ～80%;土壤容重 γ為1.4 g/cm3;田間持水量β為31%(重量的%);平均風(fēng)速為4～5 m/s，故噴灑水利用系數(shù)η為0.8。則設(shè)計(jì)灌水定額:m為43.4 mm，m0為28 m3/666.7 m2。

2.4 噴灌工作制度

2.4.1 每個(gè)噴頭在噴點(diǎn)上的噴灑時(shí)間

1個(gè)噴頭在1個(gè)噴點(diǎn)上的工作時(shí)間t的計(jì)算公式為:

式中:a為噴頭間距，m;b為支管間距，m;m為設(shè)計(jì)灌水定額，mm;q為噴頭流量，m3/h。經(jīng)計(jì)算，t為3.86 h。即每個(gè)噴頭在每個(gè)噴點(diǎn)上的噴灑時(shí)間為3.86 h。

2.4.2 1個(gè)噴頭每天可噴灑的噴點(diǎn)數(shù)

為充分利用每天可能的噴灌時(shí)間，也避免在剛噴灌過(guò)的濕地上拆裝支管，確定配置兩套移動(dòng)支管，因此支管的拆裝不占用噴灑作業(yè)時(shí)間。規(guī)定連續(xù)工作16 h，所以n為4.15，取4，即每條支管移動(dòng)4次/d。

2.5 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.5.1 管材及管徑的選擇

輸水管選用φ65 mm涂塑軟管，噴頭選用鋁合金噴頭。

2.5.2 管道的布設(shè)

由于各區(qū)面積基本相等、地塊相差不大，因此各區(qū)的布置方式基本相同。均在地垅中間打井，垂直壟向布設(shè)干管，支管方向順壟布置。干管長(zhǎng)度為260 m，支管長(zhǎng)度為270 m，單井控制面積為15.67 hm2。

2.5.3 確定豎管高度

根據(jù)作物情況選擇豎管高度，為了操作方便，豎管高度為1.2 m，并設(shè)置豎管支架，以保證噴頭工作的穩(wěn)定性。豎管與支管間用方便體連接，干管每20 m設(shè)置1個(gè)分水口。

2.6 管道水力計(jì)算

2.6.1 管道沿程水頭損失的計(jì)算

式中:hf為沿程水頭損失，m;f為摩阻系數(shù)，鋁管f=0.861×105;L為管長(zhǎng)，m;Q為流量，m3/h;d為管內(nèi)徑，mm;m為流量指數(shù)，鋁管m為1.7;b為管徑指數(shù)，鋁管b為4.74。

2.6.2 管道局部水頭損失的計(jì)算

式中:hj為局部水頭損失，m;ξ為局部阻力系數(shù);V為管道水流速，m/s。

2.6.3 噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭的計(jì)算

式中:H為噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭，m;Zd為典型噴點(diǎn)的地面高程，m;Zs為水源水泵吸水管底閥高程，m;hs為典型噴點(diǎn)豎管高度，m;hp為典型噴點(diǎn)噴頭的工作壓力水頭，m;∑hf為由水泵吸水管至典型噴點(diǎn)的噴頭進(jìn)水口處之間管道的沿程水頭損失，m;∑hj為由水泵吸水管至典型噴點(diǎn)的噴頭進(jìn)水口處之間管道的局部水頭損失，m。

圖1 節(jié)水灌溉工程典型設(shè)計(jì)圖

2.7 水泵與動(dòng)力機(jī)選配

選擇B80－65－200型高壓噴灌泵1臺(tái)，Q為65 m3/h，揚(yáng)程h為58 m，選擇1臺(tái)13 kW柴油機(jī)與之配套。

項(xiàng)目區(qū)的建成，將在全縣范圍內(nèi)起到示范帶頭作用，進(jìn)一步提高群眾的科技意識(shí)，使農(nóng)民收入增加，生活水平提高，從而提高農(nóng)民的生產(chǎn)積極性和生活標(biāo)準(zhǔn)。另外其節(jié)水增產(chǎn)灌溉農(nóng)業(yè)模式的轟動(dòng)效應(yīng)，將帶動(dòng)其它地區(qū)發(fā)展節(jié)水灌溉的積極性，為今后大面積高質(zhì)量的推廣節(jié)水灌溉技術(shù)提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)措施。