農田灌溉中滴灌系統的設計綜述

許 強

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局開都—孔雀河管理處開都河下游管理站，新疆 焉耆 841100)

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農田灌溉中滴灌系統的設計綜述

許 強

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局開都—孔雀河管理處開都河下游管理站，新疆 焉耆 841100)

在農田灌溉中，實施滴灌技術能防止水分因蒸發而造成流失，灌溉的水能使土壤表面濕潤，采用滴灌方式對農作物進行澆灌時只對作物根部周圍的土壤進行澆灌，而對其他地方的土壤澆灌的水量很少，這樣能有效的抑制雜草生長。這種技術不會在地面上產生徑流，澆灌的水量和深度能有效的得到控制，為此能更好的節約水資源。特別適合在水資源匱乏、氣候干燥的地區使用。為了充分發揮滴灌系統的作用，需要科學的進行滴灌系統的設計。基于此，文章以實際工程為例，對滴灌系統工程的設計進行探討。

農田灌溉；滴灌系統；工程案例；設計探討

在農業生產中，為了保證農業發展的可持續性，需要大力推廣節水灌溉技術，滴灌技術作為一項節水效果非常不錯的節水技術得到了廣泛的應用。不僅可以保證耕地灌溉率，而且可以對現有的灌溉條件進行改善，平衡水資源的供求矛盾[1]。所以，科學的進行滴灌系統的設計具有重要意義。

1 案列介紹

某農田項目區設計使用滴灌面積為0.18萬hm2，其中棉花灌溉面積為0.04萬hm2,玉米的灌溉面積為0.14萬hm2，一共需要設置28個滴灌系統，在原有基礎上進行改造的滴灌系統有4個，新建的滴灌系統有24個。

2 新型滴灌技術的優點

2.1 有效的節約水資源

滴灌技術能最大效率的利用水資源，實施滴灌技術能防止水分因蒸發而造成流失，灌溉的水能使土壤表面濕潤，采用滴灌方式對農作物進行澆灌時只對作物根部周圍的土壤進行澆灌，而對其他地方的土壤澆灌的水量很少，這樣能有效的抑制雜草生長[2]。這種技術不會在地面上產生徑流，澆灌的水量和深度能有效的得到控制，為此能更好的節約水資源。

2.2 減少農藥的施用量

澆灌技術在澆水的同時能夠注入肥料，能夠保證農作物吸收到充足的養料和水分，這樣能保證作物的根部在適合濕度的土壤中健康成長，因澆灌區域的水分流失相對較少，土壤濕度的保持工作也很好，這樣就減少了病蟲害出現的幾率，同時也較少了農藥的使用量。

2.3 提升農作物品質

滴灌技術能夠有效的對農作物進行澆水和施肥，提升農作物的品質，增加農產品的產量，使農產品的經濟利益達到最大化，同時增加農民的經濟收入。

2.4 具有較強的適應能力

在地形起伏較大的山區很適合采用滴灌技術進行農作物的澆灌，滴灌技術因滴頭的流水量均勻、從而節約水資源，所以能夠在條件惡劣的地區進行澆灌，其對土壤的適應性強，能根據該地域的土壤成分的特點，選擇合理的澆灌方式。

3 滴灌系統的設計

滴灌系統實施前要做一些準備工作，對土壤、地質及地形進行全面的勘探和考察，并依據收集到的資源信息，設計出一套符合實際情況的滴灌方案[3]。

其一，這個理念的前身由1811年前后在羅馬創作的一批德國畫家所提出并身體力行，這個北歐人群體被稱為“拿撒勒畫派”，他們都是虔誠的基督徒，兩位首領分別叫奧沃貝克和科涅利烏斯。拿撒勒畫派過著中世紀隱修士般的生活，厭惡浮華的物質文明，包括文藝復興那段歷史，在他們眼中，文藝復興的藝術就是世俗享樂和異教精神的象征，以拉斐爾的繪畫為典型，以其為榜樣從藝無異于自甘墮落；只有拉斐爾之前的藝術才能體現最真誠的信仰。因此，他們懷揣著崇敬，學習早期意大利畫家的藝術，不久，這個理念便經由一位叫做威廉·戴斯的蘇格蘭畫家傳播到了英國。

3.1 滴灌帶布置和管道的鋪設方式

依據該地域的實際土壤狀態進行從優選取滴灌帶布置和管道的鋪設方式。例如，在缺水和溫差較大的沙漠平原地區，應充分考慮滴灌方案的節水特點，選取小流量、低壓力的澆灌方法。根據不同農作物的生長特點鋪設管道，鋪設管道時盡可能的縮短路線，不同作物在澆灌時對管道的鋪設也有不同的需求，布置滴灌帶時要考慮作物的生長方向，要求與其保持一致[4]。設計和布置管道時要對實際需求的水單元進行考慮，布置好的管道要對輪灌的具體實施提供便利條件，同時，管道布置設計還要對其性價比和運行的安全穩定性能進行考慮。滴灌帶和作物布置圖如圖1所示。通過計算，根據滴灌帶當前流量為0.692m3/h，從而得出系統總流量應為233.2m3/h，支管進口的流量應為48.44m3/h。

圖1 滴灌帶和作物布置圖

3.2 計算系統水力

3.2.1 計算滴灌帶水力

在使用下述公式計算滴灌帶水頭損失h毛:

(1)

式中：f=0.505,k=1.15，m=1.75,b=4.75。計算后得出滴灌帶水頭損失為0.99m。

使用下述公式計算滴灌帶進口工作壓力h0：

(2)

3.2.2 計算水頭損失

將單個球閥所控制的支管作為一個單位，每一個控制閥控制長度為52.5m的地面支管，地面支管之間的距離為0.75m,采用de90PE管，單孔的水流量大小為692L/h，按照滴灌帶水頭損失的原理計算水頭損失，k=1.1:

(3)

經計算，支管水頭的損失為1.15m。

3.2.3 選擇水泵類型及首部樞紐設計

結合系統所設計的實際流量大小為233.2m3/h，需要揚程為30.53m，綜合對比后，本項目使用額定流量為262m3/h，功率為45kW，額定流量為38m3/h，型號為W200/345-45/4(Z)離心泵。

為了防止出現水錘的情況，水泵運行時要先打開出水口，進行關閉時，要先關閉水泵，然后關閉出水口。系統開啟和關閉時速度不宜過快。系統首部位置設置施肥罐、過濾器、保護設備、控制測量設備。在干管上安裝過濾器，并將對應的配套管件安裝好，按照設計的系統流量以及微灌施肥參數配置施肥灌，過濾器上安裝有水表時，要使用逆止閥安裝在首部樞紐進水管網處，規格要和過濾器的規格保持相同，當使用壓力表安裝在過濾器進出口位置時，將排氣閥設置在田間管網和連接管的最高位置。

3.3 系統首部設計方案的組成部分

系統首部設計方案有3個組成部分：①過濾器。工程方案實施地均采用地表水作為其主體水源，在主體管道上加裝了立式的過濾器，并配備了相關的管件對其進行安裝和固定，此過濾器有自清洗的功能，能保證流出的水相對清潔[5]。②根據系統設計施肥流量。依據《滴灌工程設計圖集》中提到的常用微灌施肥設計的參數，要求每個系統按照要求配1個容量為300L的施肥罐。③加裝保護裝置。田間管網最高處與首部樞紐連接管處要加裝排氣閥。并且把水表安裝在過濾器前，把壓力表設計在過濾器出口端，要在首部樞紐進管網處安裝逆止閥，一旦出現故障，能按照各部分進行單獨維修，不至于整體受到影響，起到有效的保護作用。

3.4 滴灌工程中的土建設計

此工程的土建設計主要包括 6 個組成部分:①管溝。依據地質資料的要求，挖開后的管溝底要平整，用梯形作為管溝橫斷面，這樣能使其更加穩固，要求開挖管溝邊坡為1∶0.5，要用土質均勻原土進行回填，距離管壁20cm范圍內土層不能有尖銳的碎石，根據計算確定管溝的深度和寬度。②泵房。管理房由磚混結構建成，其具體的大小可以依據實際安裝的設備大小進行調整，在系統首部安裝過濾系統，其安裝大小要考慮電機、控制閥門、配電設備使用和檢修的要求[6]。③管道交叉建筑物。為了防止管道老化，在放入鋼筋混凝土套管之前要做纏繞防老化材料進行處理。分干管、干管在穿越渠系道路時要加設DN600規格的鋼筋混凝土套管。④鎮墩。根據各個位置靜(動)水壓力表所顯示的數據，把鎮墩設置在管道轉彎處、管道變徑處及末端排水處，為了達到建筑物穩定的要求，嚴格計算其具體的尺寸。⑤閥門井及排水井。閥門井的位置一般放置于安裝有進排氣裝備或閥門等管件的干管或者分干管上，在分干管的末端設置排水井，按井內放置的設備容量及人員維修時操作的方便性來確定井的尺寸[7]。⑥設計沉淀池。沉淀池不但要有一定的儲水量，還要起到存水和沉沙的作用，滴灌的水源因使用的都是地表水，為了能保證整個系統工程的順利進行，防止渠道來水量的過多或過少，此次工程采用的是能利用機械協作來完成清淤工作的寬潛形沉淀池。

3.5 管網布置

根據農作物的種植模式和種植特點，本工程選用厚度為0.30mm的DN16mmPPR管，額定的滴頭工作壓力為10mH2O,設計額定流量為2.0L/h，滴頭之間的間隔距離為0.3m,流態指數為0.608，按照單行直線進行布置，按照作物行布置滴灌帶。為了方便管理和操作，在水泵一旁布置首部樞紐裝置，將排水井布置在分干管尾端。如圖2所示。

圖2 管網系統布置圖

3.6 滴灌工作制度的設計

滴灌系統設計使用輪灌運行的方式進行灌溉，分別由主管道向支管道輪流進行供水，然后由支管向輔管進行供水[8]。以一條輔管控制面積作為一個灌水小區，然后將多個小區組成輪灌組，并按照下述原則進行劃分：

按照管道經濟管徑輸水能力、水源流量、作物對灌溉用水的需求量來確定輪灌組的數量，計算公式如下：

N

(4)

式中：C指的是系統一天運行時間；N指的是輪灌組的數量；T指的是設計灌水周期。毛管工作時間主要由灌水定額和毛管布置決定，毛管之間的間隔距離為0.75m，每一行作物均布置一條毛管，計算后得出工作時間為8h。一天可以安排兩個以上的輪灌組。在對輪組進行劃分時，在項目區地塊布置一條干管和兩條分管，并由分干管分別向兩側進行供水，對各個支管進行控制，使各個輪灌組流量和灌溉面積接近，確保灌溉系統可以高效、穩定運行。

4 結 語

隨著經濟的飛速發展，滴灌技術在我國的農田水利中得到充分的推廣，目前來看，這種技術存在很多的優點，適合現階段在我國大部分地區進行推廣，但同時此項技術還存在不足，實地實施過程中要更多的借鑒其他國家的成功案例，設計出更加經濟、科學、合理的方案，充分體現滴灌技術的應用價值。

[1]關瑜.對小型農田水利工程建設和管理問題的探討[J].中國新技術新產品,2011(07):485-486.

[2]馬英杰,楊九剛,馬亮,等.滴灌帶布設方式對棉田土壤鹽分運移規律的影響研究[J].節水灌溉,2013(01):624-625.

[3]楊九剛,馬英杰,馬亮.滴灌帶布設方式對棉田土壤鹽分運移規律的影響研究[J].節水灌溉,2012(05):68-70.

[4]屈衛軍.棉花滴灌工程設計中若干問題的探討[J].內蒙古水利,2010(05):74-76.

[5]王蕾.番茄滴灌規劃設計應用實例分析[J].水利技術監督,2011(02):35-37.

[6]戴榮富.河水自壓滴灌平流式沉沙池工程設計要點[J].水利規劃與設計,2013(09):89-91.

[7]白潔娜.農六師軍戶農場節水滴灌設計探析[J].水利規劃與設計,2015(07):83-85.

[8]蘭代祥.淺談農田水利工程中的質量控制及相關管理工作[J].中國新技術新產品,2013(10):1131-1132.

1007-7596(2017)03-0089-03

2017-02-27

許強(1982-)，男，新疆焉耆人，工程師，研究方向為渠道工程和灌溉管理。

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