水土保持綜合治理工程滴灌系統設計

□張　艷（新疆烏蘇市水利局）

水土保持綜合治理工程滴灌系統設計

□張艷（新疆烏蘇市水利局）

滴灌系統設計是烏蘇市小流域水土保持綜合治理項目的中重點建設內容之一。文章針對該工程丘陵區域干旱少雨，土壤深層補水困難，導致植樹造林成活率很低的實際情況，進行了新型滴灌系統設計的分析，并進行了應用試驗，結果表明，該滴灌系統的應用可以使本區域經濟林木的成活率大大提高，且降低蒸發耗損，具有較好的節水增產效果。在建設過程中，應該進一步做好工程的建后服務，規范用水程序，鼓勵人們積極正確使用滴灌技術，使滴灌系統能真正發揮效益。

滴灌制度，滴灌系統，設計

1　工程概況

烏蘇市小流域水土保持綜合治理項目位于烏蘇市塔布勒合特鄉北部，烏蘇市西南56km，烏伊公路（國道312）以南，特吾勒河西面，東與西大溝隔特吾勒河相望，南以天山為界，西臨古爾圖牧場，北與吉爾格勒特郭楞蒙古民族鄉、四棵樹鎮為鄰。南北長18 km，東西寬7.80 km，面積為140.40 km2，地理坐標為東經84°16＇22＂～84°18＇35＂，北緯44°17＇08＂～44° 14＇47＂。項目區范圍涉及塔布勒合特鄉，2012年總人口為2745人，農業人口961人，牧業人口1784人。

工程選用的水源為特吾勒水庫水。經塔城水文水資源勘測局在特吾勒水庫壩址處采取水樣進行分析，水庫水質良好，水庫中的水化學指標礦化度、硫酸根、氯化物等的含量能滿足農田灌溉水質量標準中的水作、旱作，蔬菜的用水要求。

2　滴灌系統設計

2.1滴灌帶選型

在土壤質地一定情況下，滴灌帶上的滴頭流量、間距以及滴灌帶布設間距是影響土壤濕潤比的主要因素；同時滴灌帶上的滴頭流量和間距還是影響滴灌帶鋪設長度的關鍵因素。因此，滴灌帶的選擇和布設是非常重要的技術環節，應根據土壤質地、作物栽培方式、支管間距等因素合理選取。

項目區主要種植樹木，其灌水器與種植樹木株距、行距配套。灌水器采用管上壓力補償式滴頭，流量q=6L/h，一棵樹三個滴頭鑲于de12PE微管上繞樹布置，Se=3m，S=3m，毛管為PE管de16/0.40MPa滴灌管。

表1　白楊樹滴灌帶設計參數表

*：流態指數反映了灌水器內水流的流態和流量對壓力變化敏感程度的高低。該指數取值一般在0～1之間，取值越大，說明流態和流量對壓力變化反應越敏感。

2.2灌溉制度的確定

2.2.1設計耗水強度

項目區位于烏蘇市周邊，根據烏蘇市提供的資料，多年平均降水量262.20mm，蒸發量1018mm。項目區多年平均最大騰發量月份為6-7月，日平均參照作物騰發量為5.80mm/d；項目區最低相對濕度＜70%，風速在5m/s之內，項目區作物系數應取1.20；項目區土壤質地較細為砂壤土，與土壤有關的損失系數取1.07；作物生長盛期地面覆蓋率按70%考慮，覆蓋率響應系數取0.85，因此，項目區的作物滴灌設計耗水強度如下：

該項目區作物耗水全部來源于灌溉，此處取Ia=Ic，故設計灌溉補充強度Ia=6.33(mm/d)m。

2.2.2土壤濕潤比

土壤濕潤比由下式計算：

式中：n—每棵作物的滴頭數，n=1；Se—滴頭沿毛管的間距，Se=3m；Dw—濕潤帶寬度，Dw=0.53m；St—每棵作物株距, St=2m；Sr—作物平均行距，Sr=2m。

2.2.3最大凈灌水深度

由項目區土壤資料，土壤干容重γ=1.41g/cm3，所以田間持水量（體積比）上下限為：

計劃濕潤層深度Z采用1m；土壤濕潤比為40%。

2.2.4最大設計灌水周期

取設計灌水周期T=6d。

設計凈灌水定額的計算公式為：

設計毛灌水定額的計算公式為：

假設C為一天運行的小時數，取14 d，t為一次灌水持續時間，取14 h，則系統允許的最大輪灌組數為：N≤CT/t=14× 6/14=6，即最多采用6個輪灌組，根據實際情況取6個輪灌組，輪灌組順序安排見表2。

表2　滴灌系統灌溉制度表

2.3灌水小區計算

2.3.1灌水小區設計允許水頭偏差

式中：[△H]—灌水小區設計允許水頭偏差（m）；[hv]—設計允許水頭偏差率；hd—滴頭設計水頭，hd=10m。

故：灌水小區設計允許水頭偏差：

2.3.2毛管實際鋪設長度及水頭損失計算

毛管鋪設極限長度經過計算為104.85m順坡和67.71m逆坡，考慮到地塊的實際長度，本次單向毛管實際鋪設長度取100m（順坡）。

采用考慮了多孔系數的勃拉休斯（Blasius）公式計算毛管水頭損失：

式中：hf—水頭損失（m）；F—多孔系數，當前采用克里斯琴森（Christiansen）公式近似計算全等距、等流量多孔管的多孔系數；v—水的運動粘度（運動粘滯系數）（cm2/s）；Q—流量（L/h）；L—管道長度（m）；d—管道內徑（mm）。具體結果見表3。

表3　滴灌系統毛管水頭損失計算表

2.3.3支管水頭損失計算及管徑選擇

灌水小區允許水頭損失為4.12m，毛管水頭損失為1.88m，支管水頭損失為1.61m。支管管徑根據考慮毛管首尾地形高差后的支管允許水頭損失，采用考慮了多孔系數的勃拉休斯（Blasius）公式進行計算。求出計算內徑后考慮管壁厚度后在國標管道系列中選取。本設計支管選用0.40MPaPE管。計算結果為：支管水頭損失1.61m，支管流量27000L/h，支管長度90m，計算管徑90.25mm，選用管徑90mm。

2.3.4系統流量計算

項目區現狀條田已成型，管網布置時考慮現狀已成型的條田規劃后，共布設1個獨立的滴灌系統，系統分布格局大致為，東西方向長度約為400m，南北方向長度約為1 200m；條田的四周均種植有林帶帶。分干管間距180m，支管間距100m。毛管單向布設，長度為100m。

滴灌系統中鋪設3條分干管，實行雙向控制，兩側支管的控制長度均為90m，分干管的鋪設間距為180m，支管間距為100m。

3　結語

滴灌技術作為一項先進的灌水技術，有助于提高灌溉水利用率，發展節水農業，是提升現代農業品位、改善農業用水條件的重要技術措施。在烏蘇市塔布勒合特鄉實施灌溉節水技術，是實現烏蘇市小流域水土保持綜合治理目標的重要措施，同時也是保證農業節水增收的必經之路，通過進行滴灌系統設計與推廣，必將徹底改變傳統落后的農業耕作和灌溉方式。

S157

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1673-8853（2016）08-0077-02

2016-05-13

（責任編輯：韋詩佳）

張艷，（1979-）女，工程師，主要從事水利管理站技術工作。

［1］呂曉叢.農業高效節水建設項目實施方案中滴灌系統設計分析［J］.水利科技與經濟，2014（8）：74-75.