朝陽縣節(jié)水滴灌工程典型地塊選擇與計(jì)算分析

邵 帥

（朝陽市供排水管理處，遼寧朝陽122000）

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朝陽縣節(jié)水滴灌工程典型地塊選擇與計(jì)算分析

邵 帥

（朝陽市供排水管理處，遼寧朝陽122000）

摘要：根據(jù)朝陽縣節(jié)水增糧工程項(xiàng)目方案比選，針對(duì)60個(gè)片區(qū)進(jìn)行滴灌方式的建設(shè)，選取了朝陽縣大廟鎮(zhèn)大廟村典型片區(qū)，通過對(duì)典型地塊的工程設(shè)計(jì)和計(jì)算分析可以看出工程建設(shè)在選址、布局、設(shè)計(jì)上具有可操作性，工程建設(shè)切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：節(jié)水；增糧；滴灌；設(shè)計(jì)；計(jì)算

1 典型片區(qū)的選擇

2012～2015年，朝陽縣節(jié)水增糧行動(dòng)工程發(fā)展玉米膜下滴灌工程22.65萬畝，其中新增灌溉面積5萬畝，改善灌溉面積17.65萬畝。工程主要分布在大、小凌河流域一、二級(jí)階地上，涉及到28個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)117個(gè)村60個(gè)片區(qū)［1］。

這次選擇典型片區(qū)地塊為朝陽縣大廟鎮(zhèn)大廟村，其中耕地6511畝，該村976戶，總?cè)丝?742人，2012村糧食總產(chǎn)量521.4萬kg，人均收入4520元，交通便利［2］。區(qū)域內(nèi)土層深厚，土壤以砂性土為主，土壤容重為1.45g/cm3，田間持水率為26%。地下水埋深8～10m，含水層厚20～35m，含水層巖性為中粗砂砂礫層，典型地塊井深65m，單井出水量50～80m3/h。水質(zhì)良好，為重碳酸鈣鈉型，礦化度小于0.5g/L，適宜灌溉［3］。

2 灌溉方式選擇與管網(wǎng)布設(shè)

2.1 灌溉方式選擇

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水源、地形、當(dāng)?shù)貙?shí)際運(yùn)行方式，灌溉方式選擇滴灌系統(tǒng)。典型設(shè)計(jì)地塊面積200畝，根據(jù)水源地質(zhì)條件，在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)改造水源井一眼（1號(hào)井），在土壤設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比p=85%時(shí)，出水量為50m3/h，改建井房1座，其內(nèi)布置過濾器、水泵、開關(guān)啟動(dòng)柜、逆止閥、施肥罐等首部工程［4］。

2.2 管網(wǎng)總體布置

項(xiàng)目區(qū)典型地塊東西長(zhǎng)約525m，南北寬約252m。規(guī)劃區(qū)內(nèi)計(jì)劃布置小塊滴灌區(qū)24個(gè)。區(qū)內(nèi)種植作物為玉米，采用地膜覆蓋栽培。從水源井向地塊內(nèi)鋪設(shè)一條干管Φ110（0.63MPaPVC管材）長(zhǎng)度575m，布置8條 Φ90（0.63MPaPVC管）支管840m，輔管Φ75（0.4MPa PE管）1008m，布置形式為“豐”字形，支管垂直于作物種植壟向，滴灌帶平行作物壟向，雙向布置，滴灌帶間距為1.2m，滴灌帶上的滴頭間距為0.3m，滴灌流量1.38L/h，滴灌帶采用內(nèi)鑲貼片式。

3 設(shè)計(jì)與計(jì)算分析

3.1 參數(shù)的確定

按照典型地塊的規(guī)劃布置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)朝陽縣實(shí)際，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，見表1。

表1 玉米膜下滴灌工程設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.2 水源條件分析

在p=85%時(shí)，單井出水量50m3/h，井深24m，經(jīng)水質(zhì)化驗(yàn)部門檢測(cè)，該井水質(zhì)符合微灌工程水源標(biāo)準(zhǔn)［5］。單井控制灌溉面積計(jì)算公式如下：

式中：A為灌溉面積，hm2；QS為水源可供流量，50m3/h；td為每天開機(jī)時(shí)間，取20h/d；

為灌溉水利用系數(shù)，取0.95；Ia為計(jì)供水強(qiáng)度，mm/d；因無淋洗要求，取Ia=Ea=6mm/d；

計(jì)算得出，A=15.83hm2=237.5畝。

3.3 灌溉制度的擬定

3.3.1 最大凈灌水定額

式中：mmax為最大凈灌水定額，mm；R為土壤容重，1.45g/cm3；Z為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，40cm；P為設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比，60%；θmax、θmin為適宜土壤含水率的上下限。

計(jì)算得出，mmax=18.1mm=12.07m3/畝。

3.3.2 灌水周期

項(xiàng)目區(qū)在5月上旬為需水高峰期，需水強(qiáng)度Ed=6mm/d，灌水周期可按下式計(jì)算：

式中：Tmax為最大灌水周期，d；mmax為最大凈灌水定額18.1mm；Ia為設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度6mm/d。

計(jì)算得出，Tmax=3.02d。因T≤Tmax，故取設(shè)計(jì)灌水周期T=3d。

根據(jù)以上數(shù)值計(jì)算出設(shè)計(jì)凈灌水定額md=T× Ia=18mm；設(shè)計(jì)毛灌水定額m′=md/η=18.95mm。

3.3.3 一次灌水延續(xù)時(shí)間

式中：m′為設(shè)計(jì)毛灌水定額，mm；t為一次灌水延續(xù)時(shí)間，h；Se為灌水器間距，m；SL毛管間距，m；η為灌溉水利用系數(shù)；qd為灌水器流量，1.38L/h。

計(jì)算得出，t=4.94h。

3.3.4 輪灌制度

計(jì)算得出，N≤13.3，取整數(shù)后N≤13。

系統(tǒng)輪灌制度及運(yùn)行方案：本工程設(shè)計(jì)劃分12個(gè)輪灌組，系統(tǒng)每天運(yùn)行20h，每次運(yùn)行1個(gè)輪灌組（2個(gè)典型地塊），一次灌水延續(xù)時(shí)間約為5h，一個(gè)輪灌組灌水結(jié)束后，先開啟下一個(gè)輪灌組，再關(guān)閉上一個(gè)輪灌組，嚴(yán)禁先關(guān)后開，每個(gè)輪灌組的面積平均為16.66畝。

3.4 輸水管網(wǎng)設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.4.1 毛管流量計(jì)算

根據(jù)典型區(qū)內(nèi)布置的毛管及滴頭數(shù)量（毛管按單側(cè)75m計(jì)算），滴灌帶上的滴頭間距為0.3m，可以計(jì)算出典型區(qū)設(shè)計(jì)流量：

式中：qd為灌水器流量，qd=1.38L/h；n為毛管滴頭的個(gè)數(shù)，n=L/se=75/0.3=250個(gè)；

計(jì)算得出，Q毛=345L/h=0.345m3/h

3.4.2 輔管流量計(jì)算

根據(jù)典型區(qū)內(nèi)布置的輔管及滴頭數(shù)量（輔管按兩側(cè)150m計(jì)算），每條毛管的間距1.2m，毛管長(zhǎng)度為42m，即一條毛管有20條輔管（雙向供水）同時(shí)工作，由此可以計(jì)算出典型區(qū)設(shè)計(jì)流量，輔管流量是輔管上各毛管流量的總和。

式中：n輔為輔管滴頭的個(gè)數(shù)，輔管按雙側(cè)計(jì)算n= L/se=150/0.3=500個(gè)；L為輔管長(zhǎng)度，m；qd為灌水器流量，qd=1.38L/h。

計(jì)算得出，Q輔=500×（42÷1.2）×1.38= 24150L/h=24.15m3/h

3.4.3 支管流量計(jì)算

Q支=Q輔=24150L/h=24.15m3/h

3.4.4 干管流量計(jì)算

因?yàn)槊總€(gè)典型區(qū)內(nèi)由一條支管控制，灌溉時(shí)有2條支管工作，所以，Q干=2Q支=48300L/h= 48.3m3/h。

3.4.5 毛管水利計(jì)算

（1）灌水單元內(nèi)設(shè)計(jì)水頭偏差。

按規(guī)范要求，微灌系統(tǒng)灌水小區(qū)灌水器設(shè)計(jì)允許流量偏差率qv≤20%，本次設(shè)計(jì)取qv=20%，則灌水器工作水頭偏差率與流量偏差率按下式計(jì)算：

式中：x為灌水器流態(tài)指數(shù)，廠家提供數(shù)據(jù)0.45。

計(jì)算得出，hv=0.46。

在灌水小區(qū)內(nèi)灌水器設(shè)計(jì)允許的水頭差在支、毛管間按50%分配。滴頭設(shè)計(jì)工作壓力為10m，則允許工作水頭偏差為：△h=10×0.46=4.6m，△h毛=0.5△h=2.3m，△h支=0.5△h=2.3m。

（2）灌水器水頭差校核。

根據(jù)公式hv=（hmax-hmin）÷hd×100，在灌水小區(qū)內(nèi)灌水器設(shè)計(jì)允許的水頭差在輔、毛管間按50%分配。由此hv=0.5×（99.53-99.22）÷10×100=1.55＜2.3m，故上述水利計(jì)算符合要求。

3.4.6 管材管徑選擇

（1）毛管管徑的選擇。

根據(jù)產(chǎn)品選擇，毛管采用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，型號(hào)為φ16×0.18×300—1.38L/h，最大工作壓力0.2MPa，設(shè)計(jì)工作壓力0.1MPa。

（2）輔管管徑的選擇。

式中：D為管道直徑，mm；Q為管道流量，m3/h；ν為經(jīng)濟(jì)流速，m/s，取1.5。

計(jì)算得出，D輔=75.47mm

（3）支管和干管管徑的選擇。

一般情況下，支管管徑可根據(jù)管道經(jīng)濟(jì)流速來確定。由公式（9）計(jì)算得出，D支=75.47mm，D干=106.74mm

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果和實(shí)際情況，干管選擇PVCΦ110塑料管材，支管選擇PVCΦ90塑料管材，輔管采用Φ75PE管材。

3.4.7 管網(wǎng)水頭損失計(jì)算

（1）干支管路水頭損失計(jì)算。

式中；hf為沿程水頭損失，m；f為摩阻系數(shù)，取0.464；L為管道長(zhǎng)度，m；Qg為管道流量，L/h；m為流量指數(shù)，取1.77；b為管徑指數(shù)，取4.77；D為管徑，mm。

局部水頭損失計(jì)算按沿程水頭損失的10%計(jì)算。則干、支管水利計(jì)算成果見表2。

表2 干管與支管水利計(jì)算成果表

（2）毛管、輔管水頭損失計(jì)算。

式中：hf為多孔管沿程水頭損失，m；f為摩阻系數(shù)，取0.505；S為空口間距，m；So為多孔管進(jìn)口至首孔的間距，0.15m；Sv為分流孔間距，0.3m；N為分流孔總數(shù)；qd為單孔設(shè)計(jì)流量，L/h；則輔管、毛管水利計(jì)算成果見表3。

表3 輔管與毛管水利計(jì)算成果表

3.4.8 水泵的選型

式中：H為設(shè)計(jì)水頭；ZP為高程580.1m；Zb為水源的設(shè)計(jì)水位高程540.1m；ho為進(jìn)口設(shè)計(jì)水頭，該設(shè)計(jì)中取10m；為管道沿程水頭損失，計(jì)算結(jié)果為13.3+8.68（泵管沿程損失）=21.98m；為局部水頭損失，計(jì)算結(jié)果為1.33+8（首部局部損失）=9.33m；

計(jì)算得出，H=81.31m。

查水泵手冊(cè)，選擇200QSX50-95型潛水泵。

3.4.9 過濾器選型

經(jīng)檢測(cè)，該井水質(zhì)無機(jī)物含量為7mg/L，粒徑為60μm，選用離心+網(wǎng)式L W-60過濾器。

3.4.10 施肥罐選型

根據(jù)設(shè)計(jì)流量、化肥和化學(xué)藥物性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)作物的灌溉要求，選用容積為100L的施肥罐。

3.4.11 壓力表與逆止閥選型

壓力表、逆止閥設(shè)計(jì)壓力應(yīng)選用管網(wǎng)計(jì)算壓力的1.5倍，為1.0MPa。

3.4.12 水源工程

（1）水源井。水源井為為井徑D2000沉圈井，設(shè)計(jì)井深24m。沉圈混凝土標(biāo)號(hào)為C15，厚度為12cm，內(nèi)徑2000mm，高度為500mm，內(nèi)部配置￠8鋼筋；出水滿足水泵流量50m3/h要求［6］。

（2）井房。修建井房1座，井房尺寸：4m（長(zhǎng)）×3m（寬）×3m（高），面積12m2，墻寬 24cm，房頂采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土澆筑。

（3）泄水井。泄水井采用干砌石形式砌筑。泄水井內(nèi)徑1.4m，外徑2.0m，深1.9m，泄水井內(nèi)鋪設(shè)0.4m砂石墊層用以緩沖水流的沖擊，泄水井上部采用0.2m厚現(xiàn)澆混凝土圈，并加置一個(gè)直徑1.5m，厚0.1m的井蓋［7］。

4 結(jié)語

2012～2015年朝陽縣節(jié)水增糧行動(dòng)工程發(fā)展玉米膜下滴灌工程22.65萬畝，針對(duì)60個(gè)片區(qū)進(jìn)行滴灌方式的建設(shè)，通過對(duì)朝陽縣大廟鎮(zhèn)大廟村玉米膜下滴灌工程典型地塊的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析可以看出工程建設(shè)在選址、布局、設(shè)計(jì)上合理，工程建設(shè)切實(shí)可行。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：S275.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-1305（2016）02-0089-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.036

收稿日期：2015-07-11

作者簡(jiǎn)介：邵 帥（1986年—），男，工程師。