沾益區(qū)炎方鄉(xiāng)來遠銀杏苗圃滴灌工程設(shè)計

蘇繼發(fā)

(云南卓一工程咨詢有限公司， 云南 昆明 650000)

沾益區(qū)炎方鄉(xiāng)來遠銀杏苗圃滴灌工程設(shè)計

蘇繼發(fā)

(云南卓一工程咨詢有限公司， 云南 昆明 650000)

云南省沾益區(qū)炎方鄉(xiāng)來遠銀杏苗圃采用滴灌方式灌溉，設(shè)計灌溉面積180hm2，支管、毛管鋪設(shè)是滴灌設(shè)計的核心內(nèi)容。以項目區(qū)基本資料和灌溉制度為基礎(chǔ)，通過水力計算來確定支管、毛管鋪設(shè)參數(shù)。項目區(qū)分10組輪灌，灌水周期5d，灌水延續(xù)時間6h，凈灌水定額18mm，毛灌水定額20mm。滴頭流量2L/h，工作壓力水頭15m。最終：支管鋪設(shè)長60m，間距60m，50孔，選用0.8MPa DN63PE100級管； 毛管鋪設(shè)長100m，間距1.2m，100孔，選用0.6MPaDN25PE100級管； 選用φ16(0.15MPa)壓力補償?shù)晤^。

滴灌工程設(shè)計； 管線鋪設(shè)； 高效節(jié)水灌溉； 來遠銀杏苗圃

1 項目區(qū)概況及設(shè)計基本資料

云南省曲靖市沾益區(qū)炎方鄉(xiāng)來遠銀杏苗圃滴灌面積180hm2，工程等別為Ⅴ等5級，設(shè)計現(xiàn)狀基準年為2010年，設(shè)計水平年為2020年，地震基本烈度為Ⅶ度。滴灌系統(tǒng)布置為：水源→蓄水池→干管→首部樞紐→分干管→支管→毛管。項目區(qū)土壤為中壤土，日耗水強度Ea為3.5mm/d，計劃濕潤深度Z為0.58m，土壤干容重為1.37g/cm3，田間持水率FC為25%(占干土重量的百分數(shù))，灌溉水利用系數(shù)η為0.9，適宜土壤含水率上限(重量百分比)為90%，適宜土壤含水率下限(重量百分比)為72%。苗圃銀杏沿等高線種植，選用φ16(150kPa)壓力補償?shù)晤^，滴頭流量為2L/h，工作壓力水頭為15m。

2 灌溉制度設(shè)計

2.1 最大凈灌水定額或最大凈灌水深度

最大凈灌水定額或最大凈灌水深度按式(1)計算:

mmax=0.001γzp(θmax-θmin)

(1)

式中mmax——最大凈灌水定額(最大凈灌水深度)，mm；

γ——土壤容重，1.37g/cm3；

z——計劃土壤濕潤層深度，0.58m；

p——設(shè)計土壤濕潤比，50%；

θmax——適宜土壤含水率上限，θmax=25%×90%=22.5%；

θmin——適宜土壤含水率下限，θmin=25%×72%=18%。

經(jīng)計算得：mmax=17.9mm=12m3/畝。

2.2 設(shè)計灌水周期

設(shè)計灌水周期T按式(2)和式(3)確定:

T≤Tmax

(2)

Tmax=m/Ea

(3)

式中mmax——最大凈灌水定額，17.9mm；

Ea——設(shè)計耗水強度，3.5m/d；

Tmax——最大灌水周期，d；

T——設(shè)計灌水周期，d。

經(jīng)計算得：Tmax=5.11d，取T=5d。

2.3 設(shè)計灌水定額

設(shè)計灌水定額按式(4)和式(5)確定:

m=TEa

(4)

m′=m/η

(5)

式中m——設(shè)計凈灌水定額，mm；

m′——設(shè)計毛灌水定額，mm；

Ea——設(shè)計耗水強度，3.8mm/d；

η——灌溉水利用系數(shù)，0.9。

經(jīng)計算得：m=18mm=12m3/畝；m′=20mm=13.34m3/畝。

2.4 設(shè)計一次灌水延續(xù)時間

一次灌水延續(xù)時間按式(6)確定:

(6)

式中t——一次灌水延續(xù)時間，h；

m′——一次滴灌用水量，20mm；

Se——灌水器間距，0.5m；

Si——滴灌管間距，1.2m；

η——灌溉水利用系數(shù)，0.9；

q——灌水器流量，2.0L/h。

依據(jù)式(6)，經(jīng)計算，一次灌水延續(xù)時間取t=6h。

2.5 系統(tǒng)工作制度

系統(tǒng)工作制度按式(7)確定:

N=(TC)/t

(7)

式中T——灌溉周期，取5d；

C——每天計劃工作的時間，取12h；

t——一次灌水延續(xù)時間，取6h。

經(jīng)計算，得N=10，即取各區(qū)輪灌組數(shù)分別為10組。滴灌區(qū)分為10個片區(qū)進行分組輪灌，每個片區(qū)面積為18hm2。干管的流量由灌區(qū)內(nèi)最大輪灌組的流量確定。

3 灌水小區(qū)設(shè)計

3.1 灌水小區(qū)設(shè)計允許水頭偏差

a.流量偏差率 [qv]。灌水器設(shè)計流量允許偏差率應(yīng)不大于20%，取[qv]=20%。

b.設(shè)計允許水頭偏差 [hv]。滴灌的流態(tài)指數(shù)x=0.4～0.6，取x=0.5。由式(8)可得：

(8)

c.設(shè)計允許壓力偏差[Δh]。由公式[Δh]=[hv]×ha，又因ha=hd=15m ，可得：[Δh]=[hv]×ha=0.412×15=6.18m。

3.2 灌水小區(qū)設(shè)計允許水頭偏差在支管、毛管之間的分配

項目區(qū)田面較均勻，支管和毛管均按均勻坡設(shè)計。根據(jù)實踐經(jīng)驗，灌水小區(qū)允許水頭偏差在支、毛管間點的分配比例為：β1=0.5，β2=0.5。

故，[Δh支]=β1[Δh]=0.5×6.18=3.09m；[Δh毛]=β2[Δh]=0.5×6.18=3.09m。

支管上的允許水頭偏差 [Δh支]=3.09m；毛管上的允許水頭偏差[Δh毛]=3.09m。

3.3 毛管水力計算

3.3.1 毛管降比

毛管降比按式(9)計算，經(jīng)計算γ毛=±1122.4。

(9)

式中γ毛——毛管最下游管段的水力坡降；

J毛——沿毛管的地形比降，取J毛=±0.004；

d——毛管內(nèi)徑，d=16mm；

k毛——水頭損失擴大系數(shù)，為毛管總水頭損失與沿程水頭損失的比值，取k毛=1.1；

f毛——摩阻系數(shù)，取f毛=0.505；

qd——滴頭設(shè)計流量，取qd=2.0L/h。

3.3.2 毛管壓比

毛管壓比按式(10)計算，經(jīng)計算G毛=1.19×10-7。

(10)

式中G毛——毛管最下游管段的總水頭損失；

S——毛管上出水口(滴頭)間距，S=0.5m；

qd——滴頭設(shè)計流量，取qd=2.0L/h；

hd——滴頭設(shè)計水頭，hd=15m。

3.3.3 毛管極限孔數(shù)

a.順坡毛管極限孔數(shù)Nm順。順坡降比γ毛=1122.4>1，按下述方法確定順坡毛管極限孔數(shù)Nm順=248。

=(1+1122.40.571)= (1+1122.40.571) =56

計算Φ：

計算Nm順：因Φ=28.8>1，故Nm順的計算按式(11)計算。

(11)

經(jīng)試算，Nm順=248。

b.逆坡毛管極限孔數(shù)Nm逆。逆坡降比γ毛=1122.4<1，按下述方法確定逆坡毛管極限孔數(shù)。

(12)

經(jīng)試算，Nm逆=213。

3.3.4 毛管極限長度Lm

式中S——滴頭間距，S=0.5m；

S0——毛管的進口至第一個滴頭的距離，So=0.25m。

順坡毛管的極限長度：Lm順=S(Nm逆-1)+So=0.5×(248-1)+0.25=123.75m

逆坡毛管的極限長度：Lm逆=S(Nm逆-1)+So=0.5×(213-1)+0.25=106.25m

3.3.5 順坡毛管的最大壓力差 Δhmax

毛管總長度為L毛=100m，毛管間距S=0.5m，因此毛管上的出水口數(shù)目為：100/0.5=200個，由前面計算可知，Nm順=213個，實際孔數(shù)取Nm順=100個。

a.最大壓力孔Pm:

因

=0.9802<1

(13)

則，最大壓力孔在首孔， 即：Pm=1。

b.最小壓力孔Pn:

(14)

c.順坡毛管的最大壓力差 Δhmax按式(15)計算：

(15)

經(jīng)計算，Δhmax順=0.06m<[Δh毛]=3.09m。

3.3.6 逆坡毛管的最大壓力差Δhmax逆

當γ≤1，pm=1，Pn=N時，Δhmax按式(16)計算：

(16)

經(jīng)計算，Δhma逆=0.004m<[Δh毛]=3.09m。

3.3.7 順坡毛管進口工作壓力

a.第一個出水口至最后一個出水口的水頭損失ΔH=0.202m，按式(17)計算:

(17)

b.毛管上第一個出水口的水頭h1毛按式(18)計算:

(18)

h1毛=15+0.7297×0.38-0.5×(100-1)

×0.004×0.5=15.56m

式中R——平均磨損比，根據(jù)出水口個數(shù)N，當N=100個時，R=0.7297。

c.毛管進口工作壓力h0毛=15.56m按式(19)計算:

(19)

即：H0毛=15.56+1.1×0.505×0.25×(100×2.0)1.75/164.75-0.004×0.25=15.56m3.3.8 逆坡毛管進口工作壓力逆坡毛管工作壓力應(yīng)與順坡毛管工作壓力相等。

3.3.9 毛管鋪設(shè)

毛管總長度取L毛=100m，種植株距0.5m，行距1.2m，毛管的順坡最大壓力差Δhmax順與毛管的逆坡最大壓力差 Δhmax逆均不大于毛管上的最大允許壓力差[Δh毛]，毛管順坡的孔數(shù)N順和逆坡的孔數(shù)N逆均為100個，每隔1.2m布置一條內(nèi)徑16mm滴灌管，選用0.6MPaDN25PE100級管。

3.4 支管水力計算

3.4.1 參數(shù)確定

初選外徑63mm，內(nèi)徑D=58.3mm的PE100級管。

a.支管的降比r支同式(9)計算，式中參數(shù)同前，經(jīng)計算r支=±49.06。

b.支管的壓比G支同式(10)計算，式中參數(shù)同前，經(jīng)計算G支=6.3×10-6。

=6.3×10-6

3.4.2 順坡支管的最大壓力差Δhmax

支管長度為L支=120m，毛管間距S支=1.2m，支管上的出水口數(shù)目為120/1.2=100個，取N順=50個，則N逆=50個。

則：最大壓力孔在首孔， 即pm=1。

最小壓力孔Pn=N-INT(γ支0.571)=50-(49.060.571)Pn=41。

順坡支管的最大壓力差同式(15)計算，式中參數(shù)同前，Δhmax順=1.59<[Δh支]=3.09m。

3.4.3 逆坡支管的最大壓力差Δhmax逆

當 γ≤1，pm=1，Pn=N時，Δhmax逆同式(16)計算，Δhmax順=1.60<[Δh支]=3.09m。

Δhmax逆=G支

3.4.4 支管鋪設(shè)長度

Lm順=Nm順×S支=50×1.2=60

Lm逆=Nm逆×S支=50×1.2=60

3.4.5 支管進口的工作水頭

第一個出水口至最末一個出水口的水頭損失計算同式(17)，ΔH=1.78m。

第一個出水口的h1支=16.7m計算同式(18)。

h1支=h0毛+RΔH-0.5(N支-1)JS=15.56+0.726×

1.78-0.5×(50-1)×0.004×1.2=16.7m

支管進口工作水頭h0支=16.8m同式(19)計算。

3.4.6 支管鋪設(shè)

支管地形取均勻坡J支=±0.004，分干管的位置應(yīng)使上坡支管與下坡支管產(chǎn)生相等的最大壓力差。支管總長度取L支=60m，間距60m，支管的順坡最大壓力差Δhmax順與毛管的逆坡最大壓力差 Δhmax逆均不大于毛管上的最大允許壓力差[Δh支]，且兩者的相差百分數(shù)小于5%，即Δhmax順=Δhmax逆，支管順坡的孔數(shù)N順和逆坡的孔數(shù)N逆為50個。采用外徑63mm型號支管符合要求，故選用0.8MPaDN63PE100級管。

4 結(jié) 語

云南省沾益區(qū)炎方鄉(xiāng)來遠銀杏苗圃滴灌面積180hm2，種植株、行間距分別為0.5m和1.2m。分10組輪灌，以灌水小區(qū)為計算單元，確定支管、毛管鋪設(shè)。灌水周期5d，灌水延續(xù)時間6h，凈灌水定額18mm，毛灌水定額20mm。每根支管總長度60m，間距60m，孔數(shù)50個，選用0.8MPaDN63PE100級管。每根毛管總長度100m，孔數(shù)100個，選用0.6MPaDN25PE100級管。

[1] GB/T 50363—2006節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[2] 張志新.滴灌工程規(guī)劃設(shè)計原理與應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

[3] 范美師,何向英.淺談會澤縣人畜飲水項目的實踐[J].中國農(nóng)村水利水電,2006(11):133-134.

[4] 范美師.基于可持續(xù)發(fā)展的會澤縣農(nóng)村飲水安全建設(shè)[J].云南水力發(fā)電,2011(5):125-127.

[5] 范美師.會澤縣迤車灌區(qū)高效用水農(nóng)業(yè)的有效途徑[J].節(jié)水灌溉,2008(1):58-60.

Drip irrigation engineering design of Laiyuan Ginkgo Nursery in Yanfang Township of Zhanyi District

SU Jifa

(Yunnan Zhuoyi Engineering Consulting Co., Ltd., Kunming 650000, China)

Laiyuan Ginkgo Nursery in Yanfang Township of Zhanyi District of Yunnan Province adopts drip irrigation mode. The designed irrigation area is 180hm2. Branch pipe and capillary pipe layout is the core content of drip irrigation design. Basic data and irrigation system in the project area are regarded as foundation. Laying parameters of branch pipes and capillary pipes are determined through hydraulic calculation. The project area is divided into ten groups for cycled irrigation. The irrigation cycle is 5d, and irrigation duration is 6h, net duty of water is 18 mm, gross duty of water is 20mm, and water dropper flow capacity is 2L/h, and water head under work pressure is 15m. Finally, branch pipe laying length is 60m, the span is 60m, 50 holes are set, pipes at the level of 0.8MPaDN63PE100 are selected, capillary pipe laying length is 100m, the span is 1.2m, 100 holes are set, pipes at the level of 0.6MPaDN25PE100 are selected, andφ16 (0.15MPa) pressure compensation water droppers are used.

drip irrigation engineering design; pipe laying; efficient water saving irrigation；Laiyuan Ginkgo Nursery

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.05.013

TV93

A

2096-0131(2017)05- 0052- 05