園林綠化中微噴及滴灌工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李紅群

(新疆庫(kù)爾勒市園林科學(xué)研究所,新疆 庫(kù)爾勒)

1 引言

微灌工程設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮微灌技術(shù)“節(jié)水、節(jié)支”的優(yōu)勢(shì),提高水的利用率,減少水資源的凈消耗量和各種無(wú)效流失量。降低工程投資,把微灌的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益結(jié)合起來(lái),使微灌工程的綜合效益最大發(fā)揮。在新疆干旱少雨地區(qū)這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加明顯。

2 微灌工程優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2.1 植物耗水強(qiáng)度

植物耗水強(qiáng)度是確定微灌系統(tǒng)最大供水能力的依據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量可采用下面公式進(jìn)行計(jì)算:

式中A為灌溉面積,hm2;Q為供水流量,m3/h;Ia為設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度,mm/d;Ea為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度,mm/d;P0為有效降雨量,mm/d;t為水源每日供水時(shí)數(shù),h/d;η為灌溉水利用率。可見(jiàn)植物耗水強(qiáng)度越大,要求系統(tǒng)的輸水能力就越高,系統(tǒng)的管徑也越大,相同流量的水泵控制的有效面積也越小,系統(tǒng)的投資就越高,反之亦然;因此在確定設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度時(shí)既要考慮植物對(duì)水分的需要,又要考慮經(jīng)濟(jì)上的合理可行。優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),取設(shè)計(jì)年灌溉季節(jié)月平均耗水強(qiáng)度峰值作為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度即可。

2.2 植物株行距對(duì)投資的影響

分析植物的株行距對(duì)投資的影響。以片林滴灌為例,假定一條毛管灌一行樹(shù),如果樹(shù)的株行距為2m×2m,那么毛管的間距為2m,則667m2地需毛管量為333m,按單價(jià)1.2元/m計(jì),毛管畝投資為399.6元;如果樹(shù)木的株行距為3m×3m,那么毛管的間距為3m,則667m2地需毛管量為222m,毛管畝投資為266.4元,可見(jiàn)株行距的變化而引起毛管投資變化是非常明顯的。因此在條件允許時(shí),可以適當(dāng)調(diào)整植物的株行距,或者在不影響植物需水的情況下盡可能增大毛管的間距,以降低工程投資。

2.3 設(shè)計(jì)灌水均勻度

灌水均勻度的高低標(biāo)志著灌水質(zhì)量的好壞,灌水均勻度越高,灌水質(zhì)量越好,水的利用率也越高,但系統(tǒng)的投資也越大,故灌水均勻度又不能太高;相反灌水均勻度越低,灌水質(zhì)量越差,水的利用率也越低,因此灌水均勻度又不能太低。設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮,既要保證灌水質(zhì)量,又不能使投資太高。下面列表分析灌水均勻度與毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度的關(guān)系來(lái)分析灌水均勻度對(duì)投資的影響(表1),灌水均勻度與毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度關(guān)系曲線見(jiàn)圖1。

表1 灌水均勻度與毛管長(zhǎng)度關(guān)系

表中數(shù)據(jù)由netafim planning software計(jì)算軟件計(jì)算所得。以以色列的super typhoonst-125毛管,管徑D16,流量1.65L/h,滴頭間距0.5m 為例。計(jì)算時(shí)選取的毛管坡降為零。

圖1 灌水均勻度與毛管長(zhǎng)度關(guān)系曲線

從表1及圖1可看出,灌水均勻度隨毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度增加而降低,當(dāng)灌水均勻度由95%提高到96%時(shí),毛管的鋪設(shè)長(zhǎng)度由104m降至53m,灌水均勻度雖然提高了100%,但毛管的鋪設(shè)長(zhǎng)度卻縮短許多,導(dǎo)致系統(tǒng)支管的數(shù)量將因毛管的鋪設(shè)長(zhǎng)度減少而大幅增加。下面再以長(zhǎng)1000m,寬100m的綠化帶(假定綠化帶水平,坡度可以忽略)為例來(lái)進(jìn)一步分析灌水均勻度對(duì)投資的影響。當(dāng)選擇95%的灌水均勻度時(shí),支管間距為208m(取200m),綠化帶需布置5條100m的支管;當(dāng)選擇96%的灌水均勻度時(shí),支管間距為106m(取100m),綠化帶需布置10條100m的支管。僅支管的用量就相差50%,那么投資上的差異就更加明顯。假定支管采用φ 63的PE管,支管投資見(jiàn)表2。

表2 灌水均勻度與支管投資關(guān)系

可見(jiàn)灌水均勻度對(duì)投資的影響是非常明顯的,選擇合適的灌水均勻度很重要,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際全面考慮。

2.4 首部泵站位置

首部泵站距綠地的遠(yuǎn)近,直接決定著系統(tǒng)總干管的長(zhǎng)短,泵站距綠地越遠(yuǎn),系統(tǒng)總干管越長(zhǎng),則系統(tǒng)的水頭損失越大,系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)也相應(yīng)增加。在條件允許的情況下,泵站應(yīng)盡可能靠近系統(tǒng)中心地帶,盡量縮短主干管管道長(zhǎng)度,既節(jié)省投資,也便于維護(hù)管理。當(dāng)首部泵站必須布置在系統(tǒng)周邊時(shí),則應(yīng)選擇在地形的高處,并且盡量靠近交通、電力和通訊等設(shè)施條件便利地帶,以利于泵站的建設(shè)和系統(tǒng)的運(yùn)行管理。

2.5 地形條件

如果水源在系統(tǒng)的最高處,則整個(gè)系統(tǒng)均處在順坡條件下工作,系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)最低;如果水源在系統(tǒng)的最低處,則整個(gè)系統(tǒng)均處在逆坡條件下工作,系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)最高。實(shí)際上,系統(tǒng)中既有順坡又有逆坡,此時(shí)應(yīng)盡量利用順坡地形。如果有條件,可以先進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐恋仄秸?以降低逆坡坡度。對(duì)于高低起伏的地形,可以采用壓力補(bǔ)償式滴灌管,以適當(dāng)增加投資來(lái)獲得較好的灌水效果,否則只能以犧牲灌水均勻度來(lái)獲得較低的投資。

2.6 管網(wǎng)布置

管網(wǎng)布置要達(dá)到適應(yīng)植物種植布局、滿足其生長(zhǎng)期各階段適時(shí)適量的需水要求,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,利于管理操作,安全運(yùn)行,主要管路短、投資節(jié)省、運(yùn)行效果好。在平坡地形條件下,毛管與支管相互垂直,并在支管兩側(cè)對(duì)稱布設(shè);在均勻坡地形條件下,毛管在支管兩側(cè)鋪設(shè)。支管的實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度決定著分干管的數(shù)量,支管鋪設(shè)長(zhǎng)度長(zhǎng),分干管數(shù)量就減少;支管的間距受毛管的實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度制約,毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度越長(zhǎng),支管間距越大,支管的數(shù)量就越少,因此支管的鋪設(shè)長(zhǎng)度及間距對(duì)系統(tǒng)投資產(chǎn)生影響。

干管是管網(wǎng)系統(tǒng)中的綱,它的起點(diǎn)由所灌溉地塊的地形條件和形狀及首部樞紐的位置來(lái)決定,其鋪設(shè)位置方向決定著整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的布置和運(yùn)行方式,從而決定著管網(wǎng)系統(tǒng)的總投資。一般將干管進(jìn)口及其走向布置在整個(gè)系統(tǒng)的高處,如有地形落差條件,盡可能形成自壓微灌條件;干管應(yīng)與道路、綠地、電力線路平行布置,少穿越障礙物,盡量與道路、溝渠同向,以便運(yùn)輸、安裝和維護(hù);干管布設(shè)應(yīng)順直,盡量減少轉(zhuǎn)折,以減少總長(zhǎng)度及降低管徑。

3 結(jié)語(yǔ)

可見(jiàn)微灌工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方法較多,只要從影響投資因素著手,不斷優(yōu)化設(shè)計(jì),不斷進(jìn)行方案比較,結(jié)合實(shí)際,全面考慮,就一定能做出合理的設(shè)計(jì)來(lái),也一定能把微灌工程的投資降到最低。

[1]何 龍.微灌工程技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2007.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.微灌工程技術(shù)規(guī)范[S].北京:中華人民共和國(guó)水利部,1995.