清原縣長富溝藥園滴灌工程設計

于江楠

(遼寧省撫順市清原縣水利局，遼寧 撫順 113300)

清原縣長富溝藥園滴灌工程設計

于江楠

(遼寧省撫順市清原縣水利局，遼寧 撫順 113300)

長富溝藥園由于降水時空分布不均，土質保水性較差，灌溉方式落后而經常發生旱災，為了改善農業結構，發展高效農業，亟需設計一種適宜的節水灌溉系統，以提高灌溉用水的有效利用系數，改善水環境，提高農民收入。

灌溉方式；農業結構；設計；節水灌溉

1 概 述

長富溝藥園位于清原滿族自治縣大孤家鎮南2.72 km，面積11 hm2。長富溝藥園種植的五味子是遼東山區的名特產，是一種較名貴的藥材，具有很大發展前景。

長富溝藥園地區多年平均降水量800 mm左右，降水年際變化大，年內分配不均勻，6—9月份降水量占全年的70%～80%。

長富溝藥園的表層土質主要為第四系沖積黏土、壤土、輕質壤土，下層主要是砂卵石和坡積砂，保水性不佳，又由于農田水利工程多年未進行過維修改造，水資源利用率低，現狀灌溉用水有效利用系數只能達到0.40，所以經常發生旱災，導致產量不穩定。

因此亟需建設高效節水工程，以改善水利配套設施,節約灌溉用水，提高農民收入[1-2]。

長富溝藥園節水工程的建設還要求為調整農業結構，發展高效農業打下堅實基礎，使項目區農業具有可持續發展的能力，達到農民增收、農業增效的目的。

2 灌溉方式的選擇

目前常用的節水灌溉方式有噴灌、滴灌、微潤灌溉等，根據工程建設投資少、運行管理費用低、有利于在當地進行示范推廣[3-4]。

利于農民增產增收為原則以及長富溝藥園坡度較大的地形特點，由已建成的高山水池可用等條件，決定選擇滴灌方式。

滴灌是一種科學的節水灌溉技術，按照作物需水要求，通過低壓管道系統與安裝在毛管上的灌水器，將水和作物需要的養分一滴一滴，均勻而又緩慢地滴入作物根區土壤中[5-7]。

滴灌具有節水20%～50%、增產10%～30%、節地1%～5%、省工5%～20%的優點。滴灌不破壞土壤結構，土壤內部水、肥、氣、熱經常保持適宜于作物生長的良好狀況，蒸發損失小，不產生地面徑流，幾乎沒有深層滲漏。

滴灌使用的灌水器流量小，每小時流量為2～12 L，因此，一次灌水延續時間較長，灌水的周期短，可以做到小水勤灌，需要的工作壓力低，能夠較準確地控制灌水量[8-9]。

長富溝藥園滴灌項目實施后可使灌溉用水有效利用系數從原有的0.4提高到0.85。

3 工程設計

工程設計包括4項內容：工程布置、灌溉制度設計(供水工程)、提水管路計算和水源井設計。

3.1 工程布置

長富溝藥園滴灌工程設計包括供水工程、提水工程和水源工程3個部分，藥園取水點在高程為65.00 m(假定高程)河邊水源井，使用單吸多級節段式離心泵將灌溉用水提升至高程為160.00 m(假定高程)的山頂水池(已建)，再利用高差通過輸配水管網和灌水器向作物施水。

3.2 灌溉制度設計(供水工程)

3.2.1 設計灌水定額

m=0.1γZP(θmax-θmin)/η

(1)

式中：m為灌水定額，mm；Z為計劃土壤濕潤層深度，cm，取Z=30 cm；P為滴灌設計土壤濕潤比，取P=60%；γ為計劃濕潤層內土壤平均容重γ=1.45T/m3；θmax；θmin為適宜土壤含水量上下限(占干土重量的%)，θmax取60%，θmin取60%，一般中壤土的田間持水率占干土重量的22%～28%，取田間持水率占干土重量的22%，則：θmax=22×90%=19.8；θmin=22×60%=13.2；η為田間水有效利用系數，取η=0.95，m=17.23 mm，取m=18 mm，折合12m3/hm2。

3.2.2 灌水周期的確定

T=(m/Ea)η

(2)

式中：T為設計灌水周期，d；Ea為設計耗水強度，取5mm/d；m為設計灌水定額，m=18 mm，T=(18/5)×0.95=3.42根據實際經驗取T=3(d)。

3.2.3 一次灌水延續時間的確定

(3)

式中：t為次灌水延續時間，h；Se為灌水器間距，0.5m；m為設計灌水定額，18mm；S1為毛管間距，1.2m；q為灌水器流量，3L/h；η為灌溉水利用系數(0.95)，t=3.78 h，取t=4 h。

3.2.4 用水量計算

(3)

式中：A為灌溉面積.m2；W為用水量，m3；m為設計灌水定額，mm；t為供水時間，h；η為灌溉水利用系數(0.95)；W=521.3 m3

整個灌溉區分9個片區，每個片區毛管為51根，每根長60 m，每根毛管流量為0.000083 m3/s，一個片區用水流量為0.00423 m3/s。

3.2.5 根據毛管設計流量用試算法確定管徑和水頭損失

采用分支管網布置形式，管中流速盡量控制在1.8 m/s以下，滴灌工程管道中水流沿程水頭損失較大，而局部水頭損失和流速水頭很小，因而管路損失按長管公式,試算法計算。管中選取最不利的管路，選用用水量大，最長有代表性的管路進行計算，所有管都采用塑料管，糙率為0.008。

(4)

式中：hf為水頭損失，m；λ為為沿程阻力系數；l為管道長度，m；V為管內流速，m/s；d為管的直經，mm。

合計水頭損失=∑hf+局部水頭損失(取沿程水頭損失的10%)=(18.81+6.1+0.24)×1.1=27.67m。灌溉區水頭損失計算表見表1。

灌溉區經過計算管道管材選用PE塑料管，主管路為Φ63，毛管路為Φ25。

表1 灌溉區水頭損失計算表

3.3 提水管路計算

提水管路計算內容包括：提水管路水頭損失計算和提水系統設計水頭計算。

3.3.1 提水管路水頭損失計算

采用分支管網布置形式，管中流速盡量控制在1.8 m/s以下，滴灌工程管道中水流沿程水頭損失較大，而局部水頭損失和流速水頭很小，因而管路損失按長管公式,試算法計算[10-12]。

管中選取最不利的管路，選用用水量大，最長有代表性的管路進行計算，所有管都采用塑料管，糙率為0.008。

(5)

式中：hf為水頭損失，m；λ為沿程阻力系數；l為管道長度，m；V為管內流速，m/s；d為管的直經，mm。

表2 提水管路水頭損失計算表

合計水頭損失=∑hf+局部水頭損失(取沿程水頭損失的10%)=22.11 m。

灌溉區經過計算主管道供水流量為0.0042 m3/s。管材選用PE塑料管，由管路水頭損失計算可知，提水管路為Φ63工作壓力為1.6 MPa，管路水頭損失為22.2 m。

3.3.2 提水系統設計水頭計算

H=Zd-Zs+∑hf+hs

(6)

式中：H為提水設計水頭，m；Zd為蓄水池點地面工程，m；Zs為水源穩定水位，m；∑hf為由水泵吸水管至典型噴點噴頭進口處水頭損失和，m；Hs為水泵安裝高度，m。

提水系統設計水頭H=119.4 m

3.3.3 水泵選用

根據計算供水流量、揚程，選用65D15—30型離心泵。65D15—30型水泵性能表見表3。

表3 65D15—30型水泵性能表

3.4 水源井設計

長富溝藥園滴灌工程地區淺層地下水存儲量和補給量富足，單位涌水量>20 m3/(h·m)，水源井采用直徑4m的圓形大口井，井深6 m，單井出水量180 m3/h，含砂量滿足滴灌要求，無需另做沉沙工程。

井壁基礎0.5 m高度為漿砌塊石，上接3.5 m高干砌塊石，最上層為2.5 m高漿砌塊石，井壁厚0.7 m，井頂蓋為0.2 m厚鋼筋混凝土。

單井控制灌溉面積計算公式為：

F=QTtη/m=11.4 hm2

(7)

式中：F為單井控制面積，hm2；Q為單井出水量，180m3/h；T為灌水周期，3 d；t為每天開機時間，h，t取4 h；η為灌溉水利用系數，η=0.95；m為灌水定額，12 m3/hm2。

經計算，該井可控制灌溉面積11.4 hm2大于項目區面積11 hm2可滿足用水要求。

4 結 語

長富溝藥園滴灌工程建成后降低了輸水管網和田間蒸發損失量，提高了水資源的利用率，灌溉用水有效利用系數從原有的0.4提高到0.85，灌溉定額由原來437.5 m3/hm2降到205.9 m3/hm2，減少了205.9 m3/hm2。

改善了項目所在地區的供水條件，提高了農業、鄉鎮企業用水保證率，有效減少地下水開采量，使地下水埋深及儲量處于良性循環。

長富溝藥園滴灌工程建成后由于農業生產條件的改善，增強了農業抗御自然災害的能力，提高了產量，按平均畝增加五味子30 kg，25 元/kg計算，每畝可增加效益750元。長富溝藥園滴灌工程的示范作用可促進農業種植結構調整及產業化進程、帶動該地區經濟發展。

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1007-7596(2014)12-0125-03

2014-03-26

于江楠(1976-)，女，遼寧撫順人，工程師，從事水利工程管理工作。

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