牡丹江市立新蔬菜節水灌溉設計體會

崔曉陽

(牡丹江市城區水土保持辦公室，黑龍江牡丹江157000)

1 項目概況

牡丹江市沿江鄉是牡丹江市對俄出口蔬菜生產基地，但由于基地生產的水利條件和灌溉技術落后，新技術轉化應用率低，使蔬菜產量和品質下降，嚴重制約和影響綠色蔬菜基地的發展，影響了農民收入。該節水增效灌溉示范項目的建設不但為綠色蔬菜基地改善了生產條件和環境，增加農民收入，調動廣大農民發展綠色蔬菜生產的積極性，同時也是我省農業“打綠色牌，走特色路”的具體實踐。其示范作用將帶動牡丹江綠色產業發展建設，為我市農業發展做出積極的貢獻。

2 水源

牡丹江市沿江鄉立新節水灌溉項目區水源以地表水為主要灌溉水源。項目區處在牡丹江上游，牡丹江水資源豐富，年徑流量為51.8×108m3，牡丹江市城區實際年利用水資源量5.8×108m3，尚有89%的來水沒有利用。項目區水化學類型以重酸鈣為主，水質礦化度＜1 g/L，色度為5，渾濁度為4，pH值為7，符合灌溉要求，能充分滿足農田灌溉用水要求。

3 典型工程設計

項目區內，以單棚為一個控制單元，每個棚控制面積1 6002m形成一個獨立的灌溉小區。根據風速、風向、地塊形狀、作物種植、耕作方向、水源位置等布置干管與支管及分支管。項目區內分為2個大區(即2條支管)，滴灌區總灌溉面積5.76 hm2，共36棟大棚。

3.1 設計參數

經調查和查閱有關資料［1-2］，項目區基礎資料和參數為:①項目區均為平地地塊;②種植作物，主要是西紅柿、黃瓜等喜水作物;③日需水量 w=5 mm/d;④水源:牡丹江水，水深4 m;⑤土壤容重γ=1.38 g/cm3;⑥計劃土壤濕潤深度h=30 cm;⑦田間持水率Z=36%;⑧滴灌工程的設計保證率90%，滴灌均勻系數0.85;⑨灌溉水利用系數η=0.90;⑩濕潤比pw=90%;○11電價為0.76元/kW·h。

3.2 灌溉制度

3.2.1 設計灌水定額

計算公式為:

3.2.2 設計灌水周期

設計灌水周期計算公式為:

3.2.3 一次灌水延續時間計算公式為:

式中:m為設計灌水定額，mm;T為設計灌水周期，d;γ為土壤容重，kg/cm3，取 γ =1.38 g/cm;η為灌溉水利用系數，取η=0.9;h為計劃土壤濕潤層深度，cm，h=30cm;β1為適宜土壤含水率上限(重量百分比);β2為適宜土壤含水率下限(重量百分比);取(β1-β2)=5.8%;Pw為濕潤比，根據有關規定取pw=90%;w為作物日需水量，mm/d;a為滴頭間距，m，選取內鑲式滴灌管a=0.3 m;b為壟間距，m，大棚內壟間距b=0.5 m;q為滴頭流量，m3/h，q=0.003 m3/h;t為一次灌水延續時間，h。

計算得:m=24.01 mm;T=4.5 d;t=1.4 h。設計灌溉制度計算見表1。

表1 設計灌溉制度計算表

3.3 微灌系統的典型設計

3.3.1 滴灌首部樞紐設計

首部樞紐系統一套，其中包括過濾器、水表、壓力表、安全閥、止回閥、進排氣閥與排水閥各1只。考慮滴灌水源是牡丹江水，選取的過濾器為旋流式水沙分離器和篩網過濾器組合。選用北京通捷機電設備有限公司生產的過濾器，規格為101.6 mm，數量1套，每套流量為60 m3/h，查性能曲線可知，水頭損失為7 m。在過濾器出水管后面安裝分水管，將水同時分給原有的系統和新增加的系統進行灌溉。

3.3.2 滴灌管及管路布置形式

根據項目區實際情況以及水源地的具體位置:布置干管1條、支管2條，在干管和支管聯接處設兩個檢修井，每個檢修井內設置2個閘閥，干管末端和每個支管未端設排水閥，支管通過豎管出地面，安裝分支管，分支管每個大棚2條，每條分支管上安裝閘閥1個，分支管上安裝內鑲式滴灌管。

滴灌系統的典型地塊為1號大棚，項目區內全部是保護地內灌溉，共有保護地大棚36棟，每個大棚面積0.16 hn2，種植作物為西紅柿、黃瓜等喜水作物。根據作物的種類，滴灌區的土壤條件，以及滴灌的田間組合情況和運行方式，確定滴灌管為綠源公司生產的內鑲式滴灌管。

選用 q=0.003 m3/h的滴灌管，滴頭間距0.3 m，工作壓力10～40 m，該滴灌管各項指標能滿足蔬菜的用水要求，滴灌管順壟向布設，長度為16 m。即:a=0.3 m，b=0.5 m，滿足土壤允許條件。

為提高管道的利用率，降低設備投資，采取輪灌的灌溉方式。輪灌時，根據設計的灌溉流量以及灌水周期，平均 4.5 d輪灌1次，灌水時間1.4 h，每次灌1.5個大棚。

3.3.3 管道系統設計

3.3.3.1 管材與管徑的選擇

根據設計流量及相應的沿程水頭損失情況以及目前市場現有規格，干管選用Φ75塑料管，長230 m，通過反復試算沿程水頭損失情況，最后確定支管選用Φ100和 Φ75兩種規格的塑料管，Φ100總長720 m，Φ75總長436 m，分別是東側地2條支管長272 m，前160 m是 Φ100，后112 m是 Φ75，西側地 2條支管長306 m，前200 m是Φ100，后106 m是Φ75。

3.3.3.2 管道系統的平面布置

根據水源地情況，干管垂直壟向布置，支管平行壟向布置，分支管垂直壟向布置。干管上分設2條支管，共設72條分支管，總長3 600 m，在分支管上安裝內鑲式滴灌管。

3.3.3.3 管道系統的結構

干、支管埋入地下(耕層)60 cm處，按一定的比降在支管末端設排水閥1個，支管設Φ50塑料豎管，每條分支管設分水閘閥1個，豎管的高度選取能正常工作就行。為了控制每條支管，在干管和支管聯接處設檢修井2處，用于灌溉工作和檢修，檢修井深60 cm、長、寬為120 cm，用磚砌筑。

3.3.3.4 管道設計。

1)分支管設計:分支管流量推算。因各大棚面積相同均為長100 m，寬16 m，壟間距0.5 m，每條壟布置一條內鑲式滴灌管，支管布置在大棚中間，由支管向兩側安裝分支管各1條，長50 m。每側大棚滴灌管長1 600 m。通過計算得:q分支=16.2 m3/h。

分支管管徑的確定:根據以上計算結果，選取直徑Φ32 mm的PE管為輸水分支管。

2)支管設計:根據項目區的總體布置情況，共布置2條支管，管長分別為306 m共2條。2條支管灌溉大棚36棟，每條支管灌溉大棚18棟。

3)干管設計:根據項目區的總體布置，布置1條干管，長230 m，干管上聯接 2條支管，支管總長612 m。

3.3.4 管道的水力計算［3］

3.3.4.1 滴灌系統流量計算

水泵流量的計算公式:

式中:Q為設計流量，m3/h;m為設計灌水定額，m=16 m3/h;T為設計灌水周期，T=4 d;η為灌溉水利用系數，取η=0.9;η1為干擾抽水的水量削減系數，取η1=0.05;F為控制灌溉面積，F=5.76 hm2;t為灌溉期間每天開機時間，h，取t=16 h。

通過計算:Q=25.3 m3/h。

原有的系統設計流量為Q原=22.4 m3/h。

系統總設計流量為Q總=47.7 m3/h。

3.3.4.2 管道沿程水頭損失的計算

1)干管沿程水頭損失計算公式為:

式中:hf為沿程水頭損失，m;L為管道長度，L=230 m;Q為流量，Q=47.7 m3/h;d為管道內徑，d=100 mm。經計算:hf=5.9 m

2)支管沿程水頭損失。選取對系統最不利的支管計算沿程水頭損失，最不利的支管長L1=200 m(D=100)，L2=106 m(D=75)。經計算 hf=17.8 m。

對于多滴灌管分支管的沿程水頭損失，計算公式為:式中:F為多口系數，F=0.376，經計算:hf=5.6 m。

3)管道的局部水頭損失的計算:

計算公式為:

選取局部水頭損失為沿程水頭損的10%，作為設計的沿程水頭，則局部水頭損失計算公式為:

4)滴灌系統設計揚程的計算:

計算公式為:

式中:H為系統設計揚程，m;H0為最不利輪灌組所要求干管進口工作壓力，m;△Hj為干管進口至水源的水頭損失，m;Zd為干管進口處的地面高程，m;Zsp為水源動水位，m。經計算H=54.2 m。

3.3.5 水泵與動力機選配

通過以上計算，得知 Q總=47.7 m3/h，H=54.2 m。

根據設計揚程及設計流量選擇自吸式離心泵，型號為80BP—55，其配套功率為11 kW。該水泵流量50 m3/h，揚程55 m，以上水泵滿足設計要求。

3.3.6 滴灌工作制度

1)每日工作制度的確定。灌溉季節，每日除正常的機泵檢修和保養停機外，均可視為工作時間，按系統承擔的灌溉面積的大小確定工作時間，一般工作16 h/d。

每日支管工作位置數n=td/t=30條。

2)輪灌方式及分組。根據地塊形狀，系統壓力情況，滴灌管工作條數等條件確定輪灌編組。每次灌溉3條分支管，灌水時間1.4 h。詳見表2。

4 結論

牡丹江市近郊農民有著悠久的種菜歷史，同時具有豐富的科學技術知識。該項目實施后，不僅使我市的蔬菜種植業結構得到進一步調整和優化，在基地建設的帶動下，可輻射全市區6個鄉鎮，95個行政村，必將形成我市極具市場競爭力的主導產業。同時，蔬菜產出后，可直接供應牡丹江市市民還可出口俄羅斯，為國家出口創匯，實現農業可持續發展。

該節水灌溉項目區的建成，將使5.76 hm 蔬菜田在節水灌溉措施和先進農藝措施的綜合作用下，成為高產、優質、高效農田［4］。與傳統的地面灌溉相比，節 水 2 700 m3/hm2·a，則 本 項 目 可 節 水1.56萬 m/a，節能 0.35萬 kW·h/a，節約電費0.26萬元/a。工程達到設計能力時，在農業技術措施相同的情況下，可增加蔬菜產量9.85萬kg/a，新增產值為13.79萬元/a。

表2 輪灌分組表

以上輪灌分組是以輪灌周期為2.35 d，滴灌灌水時間為1.4 h。原有的系統分組輪灌周期2.15 d，滴灌時間為1.4 h，總系統分組輪灌周期4.5 h。

［1］中華人民共和國水利部農村水利司.節水灌溉技術標準選編［G］.北京:中國水利水電出版社，1998.

［2］李英農.水土資源評價與節水灌溉規劃［M］.北京:中國水利水電出版社，1998.

［3］白丹，王新.區域農業節水最優規劃數學模型及應用［J］.黑龍江大學工程學報，2010，01(01);40-44.

［4］鄭耀泉，劉嬰谷，金宏智.噴灌微噴設備使用與維修［M］.北京:中國農業出版社，2000.