鶴崗市旱田滴灌節(jié)水典型區(qū)管網(wǎng)與灌溉制度設(shè)計(jì)

趙桂芳，徐長(zhǎng)華

（1.鶴崗市東山區(qū)人民政府，黑龍江鶴崗 154106;2.樺南縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，黑龍江樺南 154400）

鶴崗市東山區(qū)總耕地面積21 654 hm2，其中水田面積6 667 hm2，旱田14 987 hm2。旱田因抗旱井及抗旱設(shè)施少常常靠天吃飯，特別是2007年鶴崗發(fā)生特大干旱，使農(nóng)民深刻認(rèn)識(shí)到節(jié)水灌溉的重要性。鶴崗東山區(qū)政府積極因勢(shì)力導(dǎo)，通過扶持典型，示范帶動(dòng)，使鶴崗東山區(qū)的旱田節(jié)水灌溉有了長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已發(fā)展節(jié)水灌溉面積533 hm2。

1 基本情況

1.1 典型區(qū)選擇

滴灌節(jié)水灌溉典型區(qū)選擇在鶴崗市東山區(qū)新華鎮(zhèn)永興、永勝村部分旱田。該區(qū)地形平坦，地勢(shì)北高南低，地面高程在75.5～79 m，土壤為中黏壤土。典型區(qū)地形和土壤條件與整個(gè)灌區(qū)相似，自然比降為1/2 000左右，具有一定的代表性。

典型區(qū)南北長(zhǎng)約4.5 km，東西長(zhǎng)約1.5 km，總面積為673 hm2，設(shè)計(jì)凈灌溉面積為467 hm2，滴灌系統(tǒng)典型地塊大至呈長(zhǎng)方形，總地勢(shì)為北高南低，東高西低，地面比降：東西10‰，南北5‰。種植作物為玉米。

1.2 土壤狀況

土壤質(zhì)地為輕黏土，容重1.4 g/cm3，鹽堿含量不大，區(qū)內(nèi)未見鹽堿斑，土層30～50 cm左右。土地十分肥沃，地面較平整。

1.3 種植模式

該項(xiàng)目區(qū)種植作物為玉米，滴灌種植模式采用大壟雙行種植，壟寬120～130 cm，株距30 cm。

2 管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水源→加壓提水設(shè)備（水泵）→首部裝置（含過濾器、施肥設(shè)施等）→干管→支管→輔管→毛管（滴管帶）

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)包括：①設(shè)計(jì)保證率≥85%;②灌溉水利用系數(shù)為0.90;③設(shè)計(jì)系統(tǒng)的日工作小時(shí)數(shù)為20 h;④滴灌設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比（P）為55%;⑤設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度（Ea）為4.0 mm/d;⑥土壤容重為1.4 g/cm3。

本設(shè)計(jì)典型地塊灌溉作物為大壟雙玉米，作物種植間距為1.2×0.3 m，故滴灌帶選用內(nèi)徑為16 mm的單翼迷宮式滴灌帶，以該產(chǎn)品的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)布置為1根滴灌帶灌2行玉米，滴灌帶間距SL為1.2 m，滴頭間距Se為0.3 m，滴頭平均流量qa為2.4 L/h，滴頭工作水頭10 m，流態(tài)指數(shù)X為0.615。

2.2 灌溉制度

2.2.1 設(shè)計(jì)灌水定額

計(jì)算公式為：

此灌水定額為作物需水高峰期的值。

2.2.2 設(shè)計(jì)灌水周期

計(jì)算公式為：

取灌水周期為8 d。

2.2.3 一次灌水延續(xù)時(shí)間

計(jì)算公式為：

2.2.4 輪灌組數(shù)目的確定

計(jì)算公式為：

根據(jù)實(shí)際情況取N=32組。

2.2.5 輪灌組的劃分及運(yùn)行

根據(jù)滴灌系統(tǒng)的布置，為保證系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的壓力，分散水流，降低管道水頭損失，因此將系統(tǒng)劃分4個(gè)輪灌區(qū)。運(yùn)行時(shí)，一次開一條分干單側(cè)支管同時(shí)打開，每條支管只打開一條輔管，同時(shí)打開的輔管為一個(gè)輪灌組，共32組，每日完成灌溉組數(shù)n=4組。

2.3 滴灌灌水均勻度

2.3.1 滴灌均勻系數(shù)

水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，灌水器設(shè)計(jì)允許流量偏差率qv應(yīng)≤20%，設(shè)計(jì)灌水均勻度≥0.95。

2.3.2 灌水小區(qū)允許水頭偏差

滴頭工作水頭偏差率hV，計(jì)算公式為：

式中：x為滴頭流態(tài)指數(shù)。

2.3.3 灌水小區(qū)允許水頭偏差

灌水小區(qū)允許水頭偏差按下式計(jì)算：

式中：[ΔH]為灌水小區(qū)允許水頭偏差，m;hd為設(shè)計(jì)滴頭工作水頭，m。

3 系統(tǒng)水力計(jì)算

最不利的輪灌組計(jì)算水頭損失。

3.1 毛管設(shè)計(jì)

3.1.1 滴灌帶的選型

根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)資料，毛管選用天業(yè)生產(chǎn)的單翼迷宮壓邊式Ф16×300-2.4，其流量方程為：Q為0.592H0.594。

3.1.2 毛管極限滴頭個(gè)數(shù)的確定

根據(jù)該項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)特點(diǎn)，土地平整，按均勻地形坡毛管的極限孔數(shù)計(jì)算方法計(jì)算，公式如下：

經(jīng)計(jì)算：逆坡Nm=117＞設(shè)計(jì)滴頭孔數(shù)N=116，滿足要求。順坡Nm=261＞設(shè)計(jì)滴頭孔數(shù)N=216，滿足要求。由于地勢(shì)平整，基本無高差，采取逆坡和順坡計(jì)算值得均值確定作為滴灌孔數(shù)量。

3.1.3 極限長(zhǎng)度

Lm=Nm×Se=64.8 m。取滴灌極限長(zhǎng)度50 m。

3.1.4 毛管的沿程水頭損失hf毛（多孔管）

計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算順坡 h毛=1.1 m，逆坡 h毛=0.44 m，均小于[Δh2]，滿足毛管水頭偏差要求。

3.1.5 毛管的局部水頭損失hj毛

按沿程水頭損失的12%計(jì)算，hj毛=0.13 m。毛管工作參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 毛管工作參數(shù)計(jì)算表

3.2 輔管的沿程損失計(jì)算

計(jì)算公式為：

滿足灌水小區(qū)均勻度要求。局部水頭損失按沿程水頭損失的12%計(jì)算，hj輛=0.17 m。h付+h毛=2.79 m ＜3.3 m。

3.3 支管的設(shè)計(jì)

配水支管管徑及水頭損失計(jì)算：

根據(jù)聚乙稀微灌管規(guī)格，支管擬選用PE63×4.7/0.4。

支管水頭損失計(jì)算公式為：

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)特點(diǎn)，地勢(shì)平坦，經(jīng)計(jì)算支管沿程水頭損失（計(jì)算至支管末端附管）3.63 m，局部水頭損失0.36 m。

3.4 干管的設(shè)計(jì)

各級(jí)干管設(shè)計(jì)流量根據(jù)機(jī)井流量及運(yùn)行方案確定。流量確定后，根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速或經(jīng)濟(jì)水力坡度預(yù)選管徑，然后計(jì)算系統(tǒng)各部分水頭損失，校核各管段承壓力，最后確定干管實(shí)選管徑。

干管管徑計(jì)算公式為：

根據(jù)聚氯乙稀微灌管規(guī)格，分干管擬選用管徑為PVC80×4.7/0.4塑料管，總干管擬選用PVC160×4.7/0.6。

干管水頭損失按最不利組合計(jì)算，計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算干管總沿程水頭損失11.7 m，局部水頭損失1.2 m。

4 系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)

滴灌系統(tǒng)首部的設(shè)計(jì)包括：水泵、水源過濾設(shè)備及施肥罐的選型。

4.1 水源過濾設(shè)備選型

水源為井水，水質(zhì)良好適于農(nóng)田灌溉，所含雜質(zhì)主要為砂粒，首部選用一組獨(dú)立單體過濾器即可，其型號(hào)選擇應(yīng)根據(jù)其過流量（系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量）確定，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為20～40 m3/h，因此選用過流能力大于等于該值的潛水泵。

4.2 施肥罐選擇

施肥罐的選型一般根據(jù)滴灌地的規(guī)劃面積即系統(tǒng)流量選擇，面積大的選用較大容積的，面積小的選用較小容積的。本系統(tǒng)規(guī)劃面積為14 hm2，應(yīng)選用施肥罐為50 L。

4.3 水泵與動(dòng)力選型

H揚(yáng)=過濾沖洗等水頭損失和+井水動(dòng)水位+∑hf+∑hj+ΔZ（高差）+安全富裕度=78 m

總流量Q泵根據(jù)滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量選定。據(jù)以上最不利情況下的水力計(jì)算，系統(tǒng)正常工作所需總揚(yáng)程為78 m，所需總流量為32 m3/h，因此所選水泵型號(hào)為：200QJ32-78/6-13，其配套電機(jī)功率為13 kW。

5 材料及設(shè)備用量

本滴灌系統(tǒng)設(shè)備用量及投資預(yù)算詳見表2，在表2中，對(duì)易耗材料增加5%損耗量，滴灌帶增加10%損耗量。水源工程為機(jī)電井。

表2 旱田滴灌設(shè)備匯總表

[1]水利部農(nóng)村水利司.噴灌工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.

[2]水利部農(nóng)村水利司.微灌工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.