西安市臨潼區綠康泰生態園滴灌工程設計淺析

劉凡明

（陜西省西安市臨潼區地下水工作隊，陜西 西安 710600）

滴灌是利用滴頭、滴灌管（帶），以滴水或細小流水的方式，濕潤作物根區附近部分土壤的灌溉技術。與傳統的地面灌溉相比，具有灌水均勻，灌溉水利用率高；適時適量供水供肥，作物產量高，品質好；易于調節土壤濕潤體內鹽分濃度；適應于各種土壤和地形等多方面的優點。本文以綠康泰生態園滴灌工程為例，對滴灌工程的設計過程進行分析。

1 項目區概況

1.1 項目區自然條件

綠康泰生態園位于臨潼區徐楊街道屯劉村、西王村界內，緊靠208縣道，占地700畝，園區內主要種植櫻桃、葡萄等經濟作物。項目區內地勢平坦，海拔在374 m～375 m之間，土壤以中壤土為主。土壤容重為1.37 t/m3，孔隙率為40%～50%，田間最大持水量24.3%，pH值為7.88，有機質含量0.84%～1.36%，有機質含量0.84%～1.36%，土方氮磷比32∶1，凍土層厚28 cm。多年平均降水量575.82 mm，頻率為50%、75%、90%的降雨量分別為553.4 mm、482.7 mm、427.3 mm。降水具有強烈的季節性，多集中在7月～9月。

1.2 工程設施條件

項目區屬于渭河以北渠井雙灌區，由于地處涇惠灌區下游，農灌時水源不能保證灌溉用水，所以灌溉用水以機井補水為主，且該區地下水補給情況良好，水質情況良好，符合農業灌溉用水要求。地層主要以粘土、粗砂、細砂層等為主，農用灌溉機井成井深度80 m～150 m，出水量為15 m3/h～40 m3/h。項目區分為北區和南區，南區長340 m，寬250 m，面積130畝；北區長210 m，寬200 m，面積70畝，總計200畝，均種植櫻桃，櫻桃的株行距為4 m×4 m。

1.3 水源條件

項目區內原有機井1眼，井深80 m，出水量25 m3/h；另外有200 m3蓄水池1座。為了滿足灌溉用水要求，再新打150m深機井1眼，出水量40 m3/h。2眼井共同抽水到蓄水池，再從蓄水池中抽水作為灌溉水源。

2 設計依據

2.1 設計參數的確定及灌水器的選擇

根據櫻桃的種植方式、土壤質地要求，結合滴灌工程設計標準，確定滴灌工程的設計保證率、設計耗水強度、灌溉水利用系數、土壤設計濕潤比、計劃濕潤層深度、適宜土壤含水量、日灌溉最大運行時數等設計參數。

根據《微灌工程技術規范》（GB/T50485-2009）及項目區經濟條件，滴灌工程灌溉設計保證率取90%。日均設計耗水強度Ea=5.0 mm/d。灌溉水利用系數取η=0.90。土壤設計濕潤比按公式P=(0.785×DW2/Se×S1)×100%，經計算P=39%。計劃濕潤層深度取H=1.0 m。機井日最大工作時數td=18 h。

根據果木需水要求、種植方式及灌水器水利特性，采用PE滴灌管，直徑16 mm，壁厚1.0 mm，滴頭間距0.5 m，設計工作壓力0.1 MPa，滴頭流量3.0 L/h，流態指數x=0.46。

2.2 設計灌溉制度

最大凈灌水定額按公式 mmax=0.001γH（θmax-θmin）p 計算，代入相關參數得mmax=23.51 mm，換算為15.68 m3/畝。

灌水周期按公式Tmax=mmax/Ea計算，代入相關參數得:Tmax=4.70d，則 T=4 d。

設計凈灌水定額:md=T×Ea=4×5.0=20.0 mm（合13.34 m3/畝)。

設計毛灌水定額:m'=md/η=20.0/0.9=22.22（mm）（合14.82 m3/畝)。

一次灌水延續時間:t=(m'×Se×S1)/qd=(22.22×0.5×4)/3.0=14.8 h。

2.3 水量平衡核定

根據機井穩定出水量和櫻桃需水強度，計算機井可控制的灌溉面積，計算按A=(η×QS×td)/10×E計算，將參數代入得：A=21.06 hm2，經換算為315.9畝，大于項目區面積200畝，水源滿足滴灌系統要求。

2.4 工程規劃布置

為充分利用蓄水池的作用，兩眼井共同抽取地下水至蓄水池，作為灌溉水源。在蓄水池旁修建滴灌首部系統管理房，干管南北方向布設，輸水到項目區南北邊界，支管按灌溉小區東西方向布設，分支管平行于支管東西方向布設引水到地頭，毛管順櫻桃行方向布設，分部在分支管的兩側，呈“豐”字型。干管、支管埋設于地下，分支管及毛管布設于地上。

3 設計參數計算

3.1 水頭偏差計算

灌水小區中灌水器的流量差hv=qv/x[1+0.15×(1-x)/xqv],將參數代入得：hv=0.45。工作壓力ha=10 m時，灌水小區水頭允許偏差為4.5m。微灌小區設計允許水頭偏差在支、毛管之間的分配比例為0.45∶0.55，因此灌水小區中允許的最大水頭差為Δh支=4.5×0.45=2.05 m；Δh毛=4.5×0.55=2.48 m。

3.2 毛管極限長度計算

毛管的極限鋪設長度按下式計算：

本次設計毛管的長度為75 m，小于毛管的極限鋪設長度96 m，因此毛管鋪設長度滿足設計要求。

3.3 輸水管網布置

管網按干、支、分支管、毛管四級管道布設。干管沿園區道路框架布設；支管東西走向布設；分支管平行于支管輸水到地頭，毛管垂直于支管按作物行距布設，每4 m布置一道。

3.4 輪灌組劃分與管道設計流量的確定

允許的輪灌組最大組數為：N=T×c/t=4.86(組)，則園區劃分為4個輪灌組，8個地塊。

毛管流量計算采用公式：Q毛=n×qi=450 L/h。

分支管流量：Q分支=N×Q毛=7.2 m3/h。

支管流量:Q支=N×Q分支=28.8 m3/h。

干管流量Q干=2×28.8=57.6 m3/h。

采用2眼單井水量分別為40 m3/h和25 m3/h的機井向200 m3蓄水池供水作為灌溉水源，大于干管流量57.6 m3/h，所以水量滿足設計要求。

3.5 管網水力計算

選取距離水源較遠、面積稍大的第一輪灌組為典型，進行管網水力計算。

3.5.1 毛管水力計算

毛管水力計算采用下式：

f、m、b、F 等 參 數 可 查 《微 灌 工 程 技 術 規 范》（GB/T50485-2009），本設計中毛管采用聚乙烯管f=0.505，m=1.75，b=4.75，F=0.362,經計算：hf毛=1.149m；h毛進口=11.37m。

3.5.2 分支管水力計算

分支管水力計算方法與毛管相同，一條分支管長度為28 m，毛管的間距為4 m，則一條分支管控制的毛管數目為16條，流量為7200 L/h，分支管采用聚乙烯φ63，內徑為59 mm，f=0.505，m=1.75，b=4.75，F=0.453,經計算：hf分支=0.140m；h分支進口=11.69 m。

（1）分支管、毛管水頭總損失為：

hf毛×1.1+hf分支×1.1=1.42 m＜Δh支=2.05 m，滿足水頭偏差要求。

（2）支管管徑：

d=18.8(Q/V)0.5=18.8×（28.8/1.11）0.5=95.76 mm

支管選用φ90UPVC管，壁厚為2.7 mm。

（3）干管管徑：

干管選用φ110UPVC管，壁厚為3.2 mm。

（4）干管、支管水利計算，采用下式：

f、m、b、F 等 參 數 可 查 《微 灌 工 程 技 術 規 范》（GB/T50485-2009），本設計中干管、支管采用UPVC管f=0.464，m=1.77，b=4.77，計算結果見表 1。

表1 綠康泰生態園滴灌Ⅰ區管道進口壓力計算結果表

表2 綠康泰生態園滴灌其他輪灌區管道進口壓力計算結果表

4 計算結果分析

滴灌工程的設計要點首先是根據項目區的土壤性質、種植作物的灌溉需水量、自然氣候等條件確定各個設計參數，進而確定灌溉制度。接著是進行管網水力計算，確定輪灌制度、各級管徑等，使之滿足滴灌工程的水量、流速、水壓等要求，達到正常灌溉的目的。

項目區面積200畝，根據實際條件確定合理設計的參數后，設計水源提供水量可灌溉315.9畝；最大需水量57.6 m3/h，可提供的水量為65 m3/h，水源滿足要求。項目區劃分為4個灌溉小區8個地塊，每個輪灌區最多有2條支管，8條分支管，128條毛管。管網分為干管、支管、分支管、毛管4級，毛管鋪設長度分別為75 m，水頭偏差小于2.48 m；分支管鋪設長度分別為28 m水頭偏差小于2.05 m，水壓滿足要求，各級管道水流速度在經濟流速范圍內。

5 結語

綠康泰生態園滴灌工程作為臨潼區高效節水灌溉工程的一部分，通過水力計算，設計結果滿足規范要求，目前該工程已按設計內容施工完成。通過項目的實施，解決了灌溉水源問題，提高了灌溉水的利用系數，起到了高效節水的作用；灌溉設備中采用了自動化控制系統，使灌溉更加方便和準確，達到了省時、省力的效果；提高了作物的產量和品質，增加了群眾的經濟收入。可為類似滴管工程設計提供借鑒。