農(nóng)田水利工程滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳鵬

三門(mén)峽市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司中山分公司 528400

摘要：滴灌技術(shù)是農(nóng)田水利工程節(jié)水灌溉技術(shù)中的一種，因其節(jié)水效果突出，適應(yīng)性強(qiáng)，近年來(lái)在干旱少水地區(qū)得到推廣應(yīng)用。鑒于滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)與灌溉效果緊密相關(guān)，因此本文對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利工程；滴灌系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

水是生命之源，然而我國(guó)淡水資源人均僅有2300m3，約為世界平均水平的1/4，但同時(shí)我國(guó)又是世界上用水量最多的國(guó)家，所以節(jié)水不僅是我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需要，更是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。農(nóng)業(yè)是用水大戶(hù)，我國(guó)許多地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)卻一直面臨著干旱缺水的問(wèn)題，而傳統(tǒng)地面灌溉方式用水量很大，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重，故采用先進(jìn)的灌溉方式非常迫切。滴灌技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)能、省肥、省工、改善品質(zhì)、提高產(chǎn)量、適應(yīng)性強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì)[1，2]，因而成為農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的首要選擇。合理設(shè)計(jì)是發(fā)揮滴灌技術(shù)優(yōu)勢(shì)的前提，因此本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

1 滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程與方法

1.1設(shè)計(jì)流程

滴灌工程涉及范圍廣、專(zhuān)業(yè)多，系統(tǒng)復(fù)雜，工作量大，遵循合理的設(shè)計(jì)流程有利于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。基本流程如下：接受設(shè)計(jì)任務(wù)→調(diào)查研究與獲取基本資料→水源規(guī)劃→首部樞紐與輸配管網(wǎng)規(guī)劃→毛管、灌水器選擇及灌水小區(qū)水力設(shè)計(jì)→管網(wǎng)布設(shè)→滴灌系統(tǒng)工作制度設(shè)計(jì)→管網(wǎng)水力計(jì)算并確定干管及支管管徑→首部樞紐設(shè)計(jì)→滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)核→滴灌系統(tǒng)土建設(shè)計(jì)→滴灌系統(tǒng)投資效益分析→技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)→提交設(shè)計(jì)成果。下面對(duì)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1.2調(diào)查研究與獲取基本資料

接受設(shè)計(jì)任務(wù)后，需要收集如下基本資料：（1）灌溉區(qū)地形圖，農(nóng)田灌溉面積、水源位置及交通、電力等情況；（2）農(nóng)田土壤性質(zhì)指標(biāo)；（3）種植的作物種類(lèi)、品種、分布、需水量、灌溉制度等；（4）當(dāng)?shù)貧庀髼l件，溫濕度、降水量、蒸發(fā)量等參數(shù)；（5）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理?xiàng)l件等。

1.3水源工程規(guī)劃

滴灌系統(tǒng)必須保證有充足可靠的水源，滴灌用水主要來(lái)自地表水和地下水，前者通常泥沙雜質(zhì)較多，需投資沉淀過(guò)濾系統(tǒng)較；后者一般水質(zhì)較好，但大量抽取地下水會(huì)造成地面沉陷、沿海地區(qū)海水倒灌等地質(zhì)災(zāi)害，所以應(yīng)作全面評(píng)價(jià)。確定水源后還要考慮配套工程，如取水、提水、蓄水、輸水等工程。

1.4電能規(guī)劃

當(dāng)?shù)仉娏Y源豐富，可從電網(wǎng)接電，但作為節(jié)水工程還應(yīng)有節(jié)能需求，可考慮風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源作為補(bǔ)充，以降低運(yùn)行成本。

1.5首部樞紐與輸配管網(wǎng)規(guī)劃

首部樞紐是指從水源取水，加壓，注肥，然后送入管網(wǎng)和灌水器的設(shè)施及控制保護(hù)裝置，是滴灌系統(tǒng)調(diào)配控制的核心，如由地表灌渠取水，可考慮設(shè)有三級(jí)過(guò)濾器的首部樞紐，再配置施肥罐、控制量測(cè)設(shè)施及保護(hù)裝置。管網(wǎng)由干管、支管、輔助支管（輔管）、毛管及連接管件、調(diào)控設(shè)備組成，布置時(shí)應(yīng)從經(jīng)濟(jì)、施工和維護(hù)角度出發(fā)。線路走向盡量沿現(xiàn)有道路敷設(shè)，便于施工和維護(hù)管理，還應(yīng)少占耕地以節(jié)約土地資源。

1.6毛管、灌水器選擇及灌水小區(qū)水力設(shè)計(jì)

毛管和灌水器的布置主要依據(jù)灌溉對(duì)象。毛管長(zhǎng)度影響灌溉效果和投資，通常毛管越長(zhǎng)，支管間距越大，支管數(shù)量越少，投資愈少，但滴灌效果也會(huì)變差，所以毛管長(zhǎng)度要結(jié)合灌水均勻性和水力計(jì)算確定。灌水器被稱(chēng)為滴灌系統(tǒng)的心臟，所以必須合理選擇，主要依據(jù)作物種類(lèi)、種植模式、土壤性質(zhì)、工作壓力、流量壓力關(guān)系、制造精度、溫度變化敏感性、淤堵敏感性、價(jià)格等因素選擇。灌水小區(qū)是構(gòu)成管網(wǎng)的基本單元，小區(qū)內(nèi)壓力和流量偏差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范規(guī)定要求。

1.7管網(wǎng)布設(shè)

確定毛管、灌水器參數(shù)并完成灌水小區(qū)水力設(shè)計(jì)后，就可進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)了。對(duì)于大田滴灌系統(tǒng)，管網(wǎng)布設(shè)可采用“抓兩頭、攻中間”的方法，“兩頭”是管網(wǎng)的始端干管和末端毛管，“中間”就是分干管和支管，確定了“兩頭”整個(gè)系統(tǒng)邊界條件就界定了，然后再“攻中間”就具有較大彈性和靈活性。

1.8滴灌系統(tǒng)工作制度設(shè)計(jì)

大田滴灌系統(tǒng)一般采用輪灌工作制度，由于不同的輪灌運(yùn)行方式水流途徑不同，管網(wǎng)水力狀態(tài)也不一樣，為了滿足灌水均勻度要求，要對(duì)不同水力狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)壓力進(jìn)行均衡驗(yàn)算，同時(shí)不同的輪灌方式對(duì)投資也有一定影響，如某工程支管輪灌和輔管輪灌造價(jià)相差數(shù)萬(wàn)元[3]，故應(yīng)合理選擇輪灌工作制度。

其他環(huán)節(jié)結(jié)合應(yīng)用案例進(jìn)行說(shuō)明。

2 滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 工程概況

某小型灌溉工程用于山區(qū)綠化，綠化面積約176hm2，總投資約1.3千萬(wàn)元。整個(gè)滴灌工程由取水、輸水、田間配水三個(gè)分系統(tǒng)組成，其中田間配水分系統(tǒng)分為滴灌區(qū)和噴灌區(qū)。滴灌區(qū)利用自壓滴灌，從支管取水，并分為分支管、毛管和灌水器3部分。毛管對(duì)稱(chēng)布置在分支管兩側(cè)，灌水器均勻分布在毛管上。

2.2 滴灌系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

分支管采用內(nèi)徑40mm、壁厚1.2mm的PE管，每條長(zhǎng)約32m，耐壓0.4MPa，設(shè)計(jì)流量8m3/h。灌溉對(duì)象為喬木，株行距為1.2m×3.5m，確定毛管沿樹(shù)木種植行布置，每行1條毛管，每條分支管上有8對(duì)毛管。毛管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度75m，采用內(nèi)徑16mm的管道，耐壓0.4MPa，設(shè)計(jì)流量為500 L/h。灌水器根據(jù)樹(shù)木株行距進(jìn)行布置，每條毛管設(shè)61個(gè)，間距1.2m，流量取8L/h，工作壓力10～30mH2O，壓力流量關(guān)系為，均勻度系數(shù)為0.92，流量偏差率=17%。

2.3 滴灌系統(tǒng)水力計(jì)算

分支管、毛管等距布置，經(jīng)計(jì)算分支管沿程壓力損失=0.92mH2O，局部壓力損失=0.092mH2O，總損失=1.01 mH2O；毛管=1.41 mH2O，=0.28 mH2O， =1.69 mH2O。分支管進(jìn)口壓力=11.90mH2O，毛管=11.14mH2O。

2.4 滴灌系統(tǒng)復(fù)核計(jì)算

滴灌區(qū)允許壓力偏差=2.9 mH2O，其分配至分支管和毛管=0.45， =0.55。分支管和毛管允許壓力偏差=1.30 mH2O， =1.60 mH2O。因=2.7 mH2O<= 2.9mH2O，故滴灌區(qū)允許壓力偏差滿足要求。毛管極限長(zhǎng)度=112m>75m，故設(shè)計(jì)長(zhǎng)度滿足要求。毛管極限孔數(shù)計(jì)算為=81個(gè)>61個(gè)，故設(shè)計(jì)孔數(shù)滿足要求。分支管和毛管最大工作壓力<40 mH2O<0.4MPa，故管道承壓滿足要求。

2.5 滴灌系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

過(guò)濾器選擇GL41H-16-DN40，內(nèi)置100目網(wǎng)，壓力損失0.2 mH2O。其他配置：閘閥DN40，除銹罐D(zhuǎn)N40，壓力表1/4″等。

2.6 滴灌系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

滴灌用水定額為100m3/667m2，傳統(tǒng)地面灌用水定額為300m3/667m2，滴灌用水系數(shù)為0.95，所以滴灌方式可節(jié)水50%～100%。滴灌方式以管道代替明渠，所以可比地面灌節(jié)地7%～15%。滴灌系統(tǒng)可采用自動(dòng)化控制，省去機(jī)械或人工追肥，所以可節(jié)省人力50%。滴灌均勻度達(dá)80%～90%，在同等農(nóng)業(yè)措施下，可提高作物產(chǎn)量10%～20%。

3 結(jié)語(yǔ)

滴灌技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的灌溉方式之一，不僅具有節(jié)水、節(jié)能、省肥、省工的優(yōu)點(diǎn)，還是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及農(nóng)田水利現(xiàn)代化的必經(jīng)途徑，因此其應(yīng)用前景是非常光明的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多借鑒成功案例，再結(jié)合工程具體情況，選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好的方案，那么滴灌技術(shù)優(yōu)勢(shì)就能夠充分發(fā)揮出來(lái)。

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