噴灌規劃設計的勘測調查與系統選型

蘇軍陽

(雙鴨山市水務局，黑龍江 雙鴨山 155100)

在農業節水灌溉中，發展噴灌是其中的一項優先選擇，據權威部門統計，近年以來我省農田噴灌面積發展較快，2010年達到115.7萬hm2，2011年達到115.7萬hm2，計劃“十二五”達到245萬hm2上下，年平均增長27萬hm2上下。因此，在全省分區域不同情況搞好噴灌發展規劃和不斷完善已有規劃甚為重要。

噴灌系統規劃的內容大體包括:勘測調查、噴灌系統選型、田間規劃、水力計算和結構設計五項內容，設計中均需優化考慮。

1 規劃地區的勘測調查

為了要設計一個噴灌系統首先要在灌區范圍內進行調查，收集地形、氣象、土壤、水文、農作、動力機械、行政區劃、經濟規劃等有關資料，并進行實地踏勘取得和線性的材料，如果地形、土壤等必要的資料不足，還要預先進行測量，實地觀測等工作，為要進行噴灌系統設計所必需的基本資料有以下幾類:

1.1 地形資料

最好能獲得全灌區1/500～1/2 000的地形圖，地形圖上應有灌區范圍的邊界線以及現有溝渠、塘堰、井泉、泵站、涵閘等的位置，在已經實現園田化的地區，則應將園田化工程標于圖上，以便盡量結合現有園田化工程進行噴灌系統的規劃設計，在非常平坦的地區，至少也應有平面位置圖和田塊的地面高程，作為與水源水位比較確定水泵揚程及布置田間管道和渠道的依據。

1.2 氣象資料

包括氣溫、降雨、風速風向，空氣濕度等與噴灌密切有關的農業氣象資料，主要作為確定作物需水量和制定灌溉制度的依據，而幾向風速資料則是確定支管布置方向和確定噴灌系統有效工作時間所必需的。

1.3 土壤資料

土壤的持水能力和透水性是確定灌水量和噴灌強度的重要依據，為噴灌設計的需要應了解土壤的質地、土層厚度、土壤田間持水量和土壤滲吸速度等，如果缺乏現成的資料可現場進行測試或參照表1估算。

表1 幾種土壤滲吸速度的近似值

其它還要收集區域水文周圍水文，農作物種植比例及高產灌溉經驗以及動力設備與能源分布與供應情況。

2 噴灌系統的選型和田間規劃

規劃設計需反復的進行經濟技術比較最后確定的方案需征得建設單位、設計單位和受益區群眾代表的同意。

2.1 噴灌系統形式

首先根據當地地形、作物、經濟及設備條件、考慮各種形式噴灌系統的優缺點，選定適當的噴灌系統的形式，在噴灌次數多，經濟價值高的作物種植區(如蔬菜區)可多采用固定式噴灌系統，大田作物噴灌次數少宜多采用移動式和半固定式噴灌系統，以提高設備利用率，在有10～20 m以上自然水頭的地方盡量選用自壓噴灌系統以降低動力設備投資和運行費用。自壓噴灌系統一般均為固定式或半固定式系統。在地形坡度太陡的丘陵山區，移動噴灌設備困難可優先考慮采用固定式。

2.2 噴灑方式和噴頭組合形式

噴頭的噴灑方式有全圓噴灑兩種，一般在固定式和半固定式系統以及多噴頭移動式機組中多采用全圓噴灑，全圓噴灑允許噴頭有較大的間距，而且噴灌強度低，但在以下幾種情況要采用扇形噴灑:

1)固定式噴灌系統的地邊田角要作180°、90°或其它角度的扇形噴灑，以避免噴到界外和道路上造成水量甚至肥料和農藥(在噴肥和噴藥時)的浪費。

2)在地面坡度比較陡的山丘區常需要向坡下扇形噴酒，以免當向坡上噴灑時沖刷坡土。

3)在風較大時作順風方向扇形噴灑以減少風的影響。

4)不帶管道和帶管道單噴頭移動式機組一般都作扇形噴灑以便給機組和移動管道留一條干燥的退路。

對于定點噴灌的噴灌系統，存在著各噴頭之間如何組合的問題(即噴頭組合形式)。在設計射程相同的情況下噴頭組合形式不同，支管和豎管或噴點的間距也就不同。噴頭組合的原則是保證噴灑不留空白，并有較高的均勻度(如有條件時可按照獲得最高均勻度的原則來布置噴頭位置)。

2.3 噴頭或噴灌機與工作壓力

工作壓力是噴灌系統的重要參數，它直接決定噴頭的射程，并關系到設備投資、運行成本、噴灌質量和工程占地等。采用高壓、射程遠對固定式系統管道用量和投資少，對移動式系統占地少，但是一般運行成本高、噴頭水滴粗，并由于打得高受風影響大，噴灌質量不容易得到保證，采用中低壓，一般水滴細，噴灌質量容易得到保證，而且運行成本低，但是固定式系統的管道用量大、投資高。移動式系統占地多，移動次數頻繁，勞動強度大，選定時要根據農業上的要求及現在設備條件，可采用的噴闊大型號綜合考慮確定。

選擇噴頭首先要考慮噴頭的水力性能應適合噴灌作物和土壤的特點，根據作物來選擇水滴大小，蔬菜、幼嫩作物要選用具有細小水滴的噴灌(一般是壓力與流量之比值較大)，而玉米、高粱、茶葉等中采用水滴稍粗的噴頭，而且要根據土壤透水性來選定噴頭使系統的組合的噴灌強度小于土壤的滲吸速度，對于黏性土要選用低噴灌強度的噴頭，而砂性土則可選用灌強度稍高的噴頭，對于水平的地面允許噴灌強度即如表1所示，而在斜坡地上，水在地面上流動的可能性更大，因此允許噴灌強度應小一些，對于不同坡度和不同的土壤減少的數值也不同，表2列出了不同情況下表1所列數值應打折扣的系數，設計中應先在表1中查出滲吸速度再乘上在表2中查出的打折系統。例如:在地面坡度為15%的表面良好的黏土地上的允許噴灌強度應為5×0.55=2.75 mm/h，選擇噴頭時就應使該噴闊大的組合噴灌強度小于這一數值。其次，應考慮噴灑方式，在需要作扇形噴灑時應選用帶有扇形機構的噴頭，一般固定式系統選用的噴頭帶有扇形機構的應占有一定的比例，以供田塊邊角使用，第三，應考慮噴頭的生產與供應情況。

表2 坡地上允許噴灌強度的打折系數

[1] 武漢水利電力學院農田水利系.噴灌技術[M].北京:科學出版社，1979.