滴灌灌溉技術(shù)在退耕還林工程中應(yīng)用

李 婷

(新疆新水水力科技發(fā)展有限公司，烏魯木齊830002)

1 工程概況

本工程的主要任務(wù)是針對(duì)灌區(qū)水資源緊缺的實(shí)際情況，為退耕還林成果實(shí)施節(jié)水灌溉技術(shù)措施，從根本上解決退耕戶退耕后的長(zhǎng)遠(yuǎn)生計(jì)和發(fā)展問題，確保退耕還林面積不減少，質(zhì)量有保證，退耕地不“反彈”，退耕戶能致富，從而達(dá)到鞏固退耕還林成果的目的。從目前缺水原因分析表明，渠系水利用率相對(duì)較低，加上灌溉技術(shù)落后，節(jié)水灌溉面積少，因此增加滴灌面積勢(shì)在必行，從而在根本上解決項(xiàng)目區(qū)季節(jié)性缺水的問題。現(xiàn)結(jié)合三坪農(nóng)場(chǎng)2010年退耕還林節(jié)水灌溉工程，對(duì)滴灌灌溉技術(shù)進(jìn)行探討。

2 滴灌灌溉技術(shù)具體方案

2.1 滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本次設(shè)計(jì)加壓系統(tǒng)首部工程包括前池、加壓系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)等。項(xiàng)目采用滴灌灌溉技術(shù)，首部應(yīng)選擇在每個(gè)片區(qū)地形高處，且靠近輸水渠道，項(xiàng)目區(qū)各系統(tǒng)均為西南向東北傾斜地形，首部布置于各系統(tǒng)的西南一側(cè)或中部。首部前池包括沉砂池和蓄水池，前池沿輸水渠道平行布置，前池后接水泵加壓系統(tǒng)。加壓系統(tǒng)過濾設(shè)備首部采用全自清網(wǎng)式過濾器過濾系統(tǒng)。施肥罐選用壓差式施肥罐，其他各種控制和量測(cè)設(shè)備還有壓力調(diào)節(jié)閥、流量控制閥、水表、壓力表、排氣閥、逆止閥等。

項(xiàng)目區(qū)位于三坪農(nóng)場(chǎng)二連，項(xiàng)目區(qū)共9個(gè)條田。作物種植面積133.33 hm2，原種植作物為三年生鮮食葡萄，采用溝灌，項(xiàng)目實(shí)施后采用滴灌灌溉，大致沿南北向種植，葡萄行、株距4 m×1 m。分為3個(gè)片區(qū)，每個(gè)片區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)滴灌系統(tǒng)。

2.2 總體布置

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀均為地面灌。骨干輸水管道布置時(shí)主要根據(jù)地形，考慮利于作物供水，盡量減少骨干管道的輸水距離，同時(shí)綜合考慮工程運(yùn)行安全、用戶承包分區(qū)、操作管理方便等因素。一號(hào)系統(tǒng)布置1條主干管，2條分干管，72條支管;二號(hào)系統(tǒng)布置1條主干管，4條分干管，68條支管;三號(hào)系統(tǒng)布置一條主干管，5條分干管，69條支管。本項(xiàng)目節(jié)水灌溉形式為滴灌，選用內(nèi)鑲式滴灌帶，滴灌帶直接與支管連接。一行葡萄鋪兩根滴灌帶，滴灌帶鋪設(shè)間距0.75 m和3.25 m，間隔布置，平均間距2.0 m，滴灌帶選用內(nèi)鑲式滴灌帶，外徑16 mm，壁厚0.2 mm，滴頭流量2.8 L/h，滴頭間距0.4 m。地埋干管、分干管選用承插式硬質(zhì)聚氯乙烯管(即PVC管)，管道的正常工作壓力為0.4 MPa。地面支管、毛管選用滴灌專用的聚乙烯管材(即PE管)。管道的正常工作壓力為0.25 MPa。

表1 滴灌帶參數(shù)

2.3 實(shí)例分析

以1號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，1號(hào)系統(tǒng)控制3#、7#、11#三塊條田，各條田之間短邊相鄰，灌溉面積38.83 hm2，均為不規(guī)則四邊形，南北長(zhǎng)483～668 m，東西寬 191～335 m，南北坡降 1.4%，東西坡降0.3%。

1號(hào)系統(tǒng)的供水渠道位于條田的南邊，為減小水頭損失，蓄水池和首部設(shè)在3#條田南邊。采用3級(jí)管道布置，即干管、支管、毛管。干管、支管地埋，根據(jù)土層厚度目前管溝開挖推廣的經(jīng)驗(yàn)，埋深定為0.9 m，但冬季要排空管內(nèi)余水。毛管由支管引出，雙向布置，與種植行一致，鋪設(shè)在每行葡萄樹下，一行葡萄鋪兩根滴灌帶，按照葡萄的種植方式，鋪設(shè)間距定為0.75 m和3.25 m間隔布置，毛管管徑為16 mm。

對(duì)于均勻坡，支管的位置應(yīng)使上坡毛管與下坡毛管產(chǎn)生相等最大壓力和最小壓力;當(dāng)?shù)谝豢讐毫樽畲髸r(shí)，應(yīng)使上坡與下坡毛管上的最大壓差相等。由前面計(jì)算知:逆坡極限孔數(shù)為191個(gè)，順坡極限孔數(shù)為256個(gè)。根據(jù)各條田實(shí)際情況毛管的實(shí)際長(zhǎng)度為86 m，毛管的實(shí)際孔數(shù)為215個(gè)。設(shè)順坡毛管實(shí)際孔數(shù)為N順，根據(jù)《滴灌工程設(shè)計(jì)圖集》式(4-6)可得:

式中:設(shè)最大壓力孔號(hào)為Pmax=1，根據(jù)《滴灌工程設(shè)計(jì)圖集》式(4-7)可得順坡毛管滴頭的最大壓差為:

式中:當(dāng)逆坡的實(shí)際孔數(shù)為215-N順，Pmax=1，Pmin=215-N順，根據(jù)《滴灌工程設(shè)計(jì)圖集》式(4-9)可得逆坡毛管滴頭的最大壓差為:

式中:令△hmax順 =△hmin逆，經(jīng)整理有:(N順 -0.52)2.75-(215-N順)2.75=1.06×106，經(jīng)試算有解，得N順=146個(gè)，假設(shè)正確，則逆坡孔數(shù)為215-146=69個(gè)。則順坡毛管的實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度為146×0.4=58.4 m，逆坡毛管的實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度為69×0.4=27.6 m，即支管位置確定。

3 滴灌灌溉施工實(shí)施

滴灌工程的施工包括水源工程施工，管道、設(shè)備購置和安裝;以及田間配套工程，即管溝開挖、閘閥井、鎮(zhèn)墩等工程的施工。

1)施工放樣。為確保把圖紙的設(shè)計(jì)方案正確無誤地布置到地面上，首先應(yīng)在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置工程測(cè)量控制網(wǎng)，并應(yīng)保留到施工結(jié)束。標(biāo)定各建筑物的主軸線和縱橫軸線，標(biāo)出各級(jí)地埋管線的位置和開挖溝槽、閘閥井、鎮(zhèn)墩等位置的高程。

2)基坑開挖:結(jié)合項(xiàng)目區(qū)土壤質(zhì)地情況，溝槽開挖按底寬為管徑加0.6 m，槽邊坡為1∶0.4，以確保邊墻的穩(wěn)定，如遇卵、礫石區(qū)時(shí)，則將槽底超挖15 cm，并回填土，夯實(shí)到設(shè)計(jì)槽底標(biāo)高。基槽開挖后應(yīng)立即澆筑基礎(chǔ)或鋪設(shè)管道，以免造成塌方或底土風(fēng)化，影響施工質(zhì)量。

3)埋設(shè)管道。管道施工前應(yīng)將管材、管件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)并沿管槽排放在無堆土的一側(cè)，并將承插口對(duì)準(zhǔn)水流方向。安裝前應(yīng)對(duì)管材進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)有破損變形時(shí)應(yīng)立即更換。管材底面如有落石、落土?xí)r應(yīng)予清除，積水應(yīng)先排凈落干。安裝管道時(shí)應(yīng)防止砂石及其它雜物進(jìn)入管道，中斷安裝時(shí)應(yīng)封堵管口。吊運(yùn)時(shí)，管道不得與管壁、槽底碰撞，應(yīng)與管床接觸緊密，不得使用木材、專石襯墊。安裝管道應(yīng)先干管，后分干管、支管，自低處向高處的順序進(jìn)行，脆性管材和塑料管穿越公路或機(jī)耕道時(shí)應(yīng)加套管保護(hù)。管道和管件安裝完畢后，應(yīng)部分回填并夯實(shí)，管道定位后再進(jìn)行水壓試驗(yàn)。部分回填土的高度應(yīng)達(dá)到管頂高度的一半左右。水壓試驗(yàn)后應(yīng)立即進(jìn)行回填。回填必須在管道兩邊同時(shí)進(jìn)行，管道周圍應(yīng)回填松散并剔除石快的碎土。回填土應(yīng)分層夯實(shí)，每層填土高度應(yīng)控制在20 cm左右，特別注意保證管道周圍的填土切實(shí)夯實(shí)。塑料管材溫度變形大，應(yīng)在地面溫度和地下溫度接近時(shí)回填。閥門井和鎮(zhèn)墩的建設(shè)按《磚石工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行。

4 滴灌系統(tǒng)土建設(shè)計(jì)

1)管溝。根據(jù)地質(zhì)資料，確定管溝開挖邊坡為1∶0.4。管溝橫斷面采用梯型，開挖后的管溝溝底必須平整，回填土采用原土回填，靠近管壁10 cm范圍內(nèi)土層不允許含有粒徑＞2.5 cm的礫石或粒徑大于5.0 cm的土塊，回填土要求土質(zhì)均勻。

2)閥門井與排水井。閥門井主要設(shè)置在干管及分干管上有閥門等管件的位置，排水井設(shè)在分干管末端。井的尺寸按照井內(nèi)的設(shè)備，和便于人員操作、維修來確定。設(shè)備在閥門井的位置要求按相關(guān)的規(guī)范要求確定，閥門井和排水井均采用磚混結(jié)構(gòu)，閥門井內(nèi)徑尺寸1.2 m和1.6 m，排水井內(nèi)徑尺寸為0.8 m。

3)鎮(zhèn)墩。為防止管道發(fā)生位移，根據(jù)微灌工程技術(shù)規(guī)范的要求，需要設(shè)置鎮(zhèn)墩。在主干管、分干管、地埋支管的變坡處、變徑處、轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩。根據(jù)各處不同的靜(動(dòng))水壓力，按照建筑物穩(wěn)定的有關(guān)要求，采用朗肯土壓力理論計(jì)算鎮(zhèn)墩尺寸。

鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定校核:

式中:Kc為抗滑穩(wěn)定系數(shù);f為鎮(zhèn)墩與地基間摩擦系數(shù);［Kc］為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值。根據(jù)水工建筑物等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，本次骨干管網(wǎng)所設(shè)鎮(zhèn)墩屬于3級(jí)建筑物，取［Kc］=1.4。鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu)，鎮(zhèn)墩混凝土標(biāo)號(hào)為C20，現(xiàn)場(chǎng)澆筑，48 h后才能進(jìn)行部分回填。鎮(zhèn)墩基礎(chǔ)下的砂礫石墊層需夯實(shí)至壓實(shí)度不小于90%，四周回填土夯實(shí)部分夯實(shí)至鎮(zhèn)墩頂部，壓實(shí)度≥90%，鎮(zhèn)墩頂部以上回填土按管槽回填土方式回填。

4)前池的設(shè)計(jì)。根據(jù)微灌工程規(guī)劃的要求，結(jié)合當(dāng)?shù)厮刺攸c(diǎn)，由于項(xiàng)目區(qū)所用渠水夏季泥沙較多，當(dāng)水中含泥沙太多時(shí)，使用過濾器將因?yàn)轭l繁沖洗而失去作用，此時(shí)設(shè)置沉砂池可起到初級(jí)過濾的作用。由于采用地表水，為防止渠道來水量過大或過小，為不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，沉砂池應(yīng)有一定的容積，起到既蓄水又沉砂的作用，本設(shè)計(jì)采用人工清淤的條帶形沉砂池，沉砂池是根據(jù)水流從進(jìn)入沉砂池開始，水流所挾帶的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)粒徑以上的砂粒以沉速Vc下沉，當(dāng)水流流到池出口時(shí)，砂粒剛好沉到池底來計(jì)算。前池包括沉砂池和蓄水池。按照相關(guān)規(guī)范要求，蓄水池容積應(yīng)能至少滿足系統(tǒng)運(yùn)行5 min所用的水量。本次蓄水池設(shè)計(jì)容量為30m3。前池設(shè)計(jì)橫斷面為梯形，斷面尺寸根據(jù)系統(tǒng)流量不同而不同，沉砂池底寬度5 m，邊坡1∶1.5，池長(zhǎng)35 m。沉砂池每5 m設(shè)一道伸縮沉降縫，縫內(nèi)設(shè)止水，并采用混凝土板防滲+兩布一膜的雙防形式，墊層為30 cm砂礫石。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目滴灌工程控制灌溉面積133.33 hm2，該項(xiàng)目通過采取滴灌灌溉技術(shù)，有效地提高灌溉效益，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改變灌溉模式，提高了農(nóng)業(yè)抗災(zāi)能力，同時(shí)增收節(jié)支效益顯著，調(diào)動(dòng)了退耕戶的積極性。

［1］潘文俊.噴滴灌安裝技術(shù)［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007，28(01):118-119.

［2］黃士勇.科發(fā)滴灌技術(shù)的開發(fā)與推廣［J］.中國科技財(cái)富，2008，27(01):31-33.

［3］王彥春.國內(nèi)外滴灌技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.山西水利，2011，31(02):57-58.