節水滴灌工程系統設計

【摘 要】節水滴灌工程系統干管由水源井兩側沿南北方向布置，干管上設14條分干管。分干管進入大棚內連接豎管后，各分出兩條支管，支管平行分干管，沿大棚長向布置，支管4條各。垂直支管單向分出60條毛管，毛管間距為0.75m、長度為9m，滴頭間距為0.4m，滴頭23個。額定工作壓力0.1（MPa） ，管 徑12 （mm）， 滴頭流量3 （L/h） 。水泵選型 ：流量為6.417m3/h，工作水頭48.823m，選擇200QJ7-65/5型潛水泵，電機功率4KW，水管直徑1.5吋。

【關鍵詞】節水；滴灌；系統；設計

1. 工程概況

（1）項目區內共有人口2670人，其中農業人口2580人，勞動力801人，土地面積0.85萬畝，耕地面積0.64萬畝，耕地主要以玉米、高梁等為主。經濟收入以農業為主，農業年產值260萬元，人均收入1980元。

（2）項目區屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明，多年平均降雨量489.5mm，多年平均蒸發量1900mm，年平均氣溫7.9℃。年最高氣溫24.1℃（七月份平均）年最低氣溫-10.7℃（一月份平均），最大風力9級，風速4.3m/s，無霜期165天，多年平均日照數2782.1小時，最大凍土深1.78m。

2. 工程布置

節水滴灌工程系統干管由水源井兩側沿南北方向布置，干管上設14條分干管。分干管進入棚內連接豎管后，沿北側墻根布置，在1/4m和3/4m處，各分出兩條支管，支管平行分干管，沿大棚長向布置，支管4條各1/4棚長。垂直支管單向分出60條毛管，毛管間距為0.75m、長度為9m，每條滴灌帶毛管上滴頭間距為0.4m，布置滴頭23個。

3. 灌溉制度

3.1 灌水定額。

大棚內種植型式是畦田耕作，畦寬0.75m，畦高0.3m，畦間距0.75m，畦上栽植兩行蔬菜間距0.6m，蔬菜株距0.4m，則株行距按0.75×0.4m計算，設計濕潤層深度按Z=0.3m計，土壤容重為γ=1.45g/cm3，灌溉水利用系數為η=0.90，設計濕潤比為P=50%，土壤濕度上下限分別按土壤田間持水率90%和60%計，土壤田間持水率為22%，則max=1980，

min=1320，按（1）式計算：

m=0.1γzP（max-min）/η （1）

經計算灌水定額m=16mm。

3.2 一次灌水工作時間。

一次灌水工作時間t應按（2）式計算：

t=mSeS1/ηq （2）

式中： m——設計灌水定額，m=16mm；

Se——滴頭間距，Se=0.4m；

S1——毛管間距，S1=0.75m；

η——灌溉水利用系數，η=0.90；

q——滴頭流量，q=3L/h；

經計算一次灌水時間t=2小時。

3.3 灌水周期。

灌水周期T應按（3）式計算：

T=m/Ea （3）

式中： m——灌水定額，m=16mm；

Ea——耗水強度，按大棚蔬菜耗水強度低限值計取，Ea=4mm；

則灌水周期T=4天。

3.4 系統工作制度。

允許的最多輪灌組數目按下式計算：

Nmax=C·T/nt

式中：N——允許的輪灌組數目

C——設計系統工作小時數 （h）C=14h

T——設計灌水周期 （d）T=4d

t——一次灌水延續時間 （h）t=2h

n——一條毛管在所轄區移動次數

Nmax=14×4/（1×2）=28（組）

灌區內有14棟暖棚，因此確定系統的工作制度為干管路分7組輪灌，棚內分4組，共28個輪灌組。整個灌區共布置2412條毛管路，根據允許的輪灌組數確定同時工作的平均毛管數最小為87條。這種布置方案方便管理、節省投資并可以保證灌溉均勻。14棟棚規格差異很大，分組原則為同時工作的2條支管路上的毛管數之和接近平均值，以使水泵穩定、高效的運行。

4. 滴灌系統設計

根據地勢及大棚的規格有差異，選取距離水源井最遠且面積最大的14號棚作典型設計。14號棚種植面積為長×寬=180×9.2m，約折合2.5畝。

4.1 灌水器的選擇。

根據本小區的土壤條件和所種的作物為經濟作物，所選迷宮式滴灌帶，灌水器性能參數如下：

額定工作壓力0.1（MPa） ，管 徑12 （mm）， 滴頭流量3 （L/h） ，滴頭間距0.4 （m） 。

4.2 管網設計名。

采取枝狀管網，供水干管路采用P340塑料管，埋于地下1.5m，分干管在棚內首段連接豎管，在棚縱向1/4和3/4處分別連接支管。出水豎管由兩部分組成，下部仍為P340塑料管，高0.5m，上部鐵管高1.8m，使出水口高出地面0.8m，便于滴灌系統過濾器、施肥罐等安裝檢修。支管為PE管，利用承插式旁通與PE滴灌帶連接。

4.2.1 選徑。

根據公式d=1.13（Q/v）0.5計算

式中：d——管內徑，m

Q——管內流量，m3/s

Q毛=滴頭流量×毛管上滴頭個數，Q毛=0.003×23=0.069m3/h

Q支=∑Q毛=0.069×60=4.14m3/h=0.00115m3/s

Q分干=Q支=0.00115m3/s，

Q干=∑Q毛=0.069m3/h×93條=6.417m3/h=0.00178m3/s，

v——經濟流速，1.0～1.5 m/s，取v=1.3m/s

計算得d干=0.0418m=41.8mm，d分干=d支=0.0336=33.6mm

選擇公稱外徑d干=50mm，d分干=d支=40mm

4.2.2 極限孔數計算。

分干管進入大棚順北側墻根布置，至大棚90m和135m處，各分出兩條支管，支管平行分干管，沿大棚長向布置，支管四條各45m；毛管沿大棚短向布置，每條支管設毛管60條，共設毛管240條各9m。

根據實踐經驗棚內滴灌帶短向布置不必考慮極限孔數，按下式計算滴灌毛管的極限孔數。

Nm=INT（5.446[Δh2]d4.75/KSqd1.75）0.364計算。

4.2.3 干管。

干管采用50P340管，埋于地下1.5m，由水源井至大棚分出14條分干管。分干管在每個大棚處利用40×50×40變徑三通與干管連接。分干管順大棚北側墻根布置，在棚內首端連接豎管作為出水口，在大棚1/4和3/4處，分別接40等徑三通和4090°彎頭，然后分別用短接頭接40×40×40等徑三通，接40PE支管。

4.2.4 支管。

沿大棚長向過道布置，采用40PE管，每條支管上接60根12PE毛管。支管與毛管采用承插旁通連接，在支管末端設40死堵。

4.2.5 毛管。

毛管采用12PE管，為減少毛管上分流孔水頭偏差，采用短管滴灌形式，沿大棚寬向

結合作物株行距布置，毛管間距為0.75m，滴頭間距為0.4m。在毛管末端設12PE死堵。

4.2.6 滴頭。

因溫室大棚較長，滴頭較多，為降低工程造價，在滿足各類蔬菜需水量要求的情況下，配置抗阻塞的孔口式滴頭，滴頭間距為0.4m。

4.3 管網水力計算。

4.3.1 毛管水力計算。

毛管設計進口水頭按（4）式計算：

h0=hd+Khf （4）

式中 h0——設計毛管進口水頭（m）；

hd——滴頭設計水頭，hd=10m；

K——水頭損失擴大系數，取K=1.1；

hf——毛管沿程水頭損失按5）式計算；

hf=（fSqdm/db）[（N+0.48）m+1/（m+1）-（Nm（1-S0/S））] （5）

f——水頭損失計算的函數，取f=0.6；

m——水頭損失計算的指數，取m=1.7；

b——水頭損失計算的指數，取b=4.7；

S——毛管上分流孔間距，S=0.4m；

qd——毛管上單孔設計流量，qd=3L/h；

d——毛管內徑，d=12mm；

N——分流孔總數，N=23；

S0——毛管進口至第一個分流孔的間距，S0=0.2m；

經計算，hf毛=0.023m，h0毛=10.025m。

4.3.2 支管水力計算。

按（4）和（5）式計算，式中：hd=10.025m、qd=69L/h、d=35.8mm、N=60、S0=0.375m，S=0.75m，其它符號意義相同，經計算支管沿程水頭損失hf支=0.700m，支管進口水頭h0支=10.795m。

4.3.3 干管水力計算。

選擇干管進口至分干管末端最后一個出水口，管線最長進行計算。按（6）式計算：

hf=fLQm/db （6）

f——沿程水頭損失系數，硬塑料管f=94800，鑄鐵管f=625000；

L——管路長度，m；

Q——管內設計流量，m3/h；

d——管內徑，mm；

m——水頭損失計算指數，m=1.77；

b——水頭損失計算指數，b=4.77；

干管hf=94800×120×6.4171.77/44.44.77=4.24m

分干管hf=94800×140×4.141.77/35.84.77=6.35

豎管hf=625000×2.3×4.141.9/35.85.1=0.25m

4.3.4 系統工作水頭。

H=hd+∑hf+hj+hsg+△Z （7）

式中 H——干管設計進口水頭；

hd——分干管末端工作水頭，hd=h0支=10.795m；

∑hf——沿程水頭損失，∑hf=4.24+6.35+0.25=10.84m；

hj——局部水頭損失，取hj=20%∑hf=2.168m；

hsg——施肥罐、過濾器的水頭損失，hsg=1.5m；

△Z——典型點與動水位高差，△Z=100.16-76.64=23.52m。

經計算H=10.795+10.84+2.168+1.5+23.52=48.823m。

4.4 首部樞紐。

4.4.1 過濾設施。

灌溉水源為地下水，腐化物較少，為防止水泥沙等雜質堵塞管路和滴頭，故在棚內出水口上設40×120目篩網過濾器。

4.4.2 施肥設施。

結合滴灌時施肥和農藥，在棚內首部設置10L注塞式施肥罐。

4.4.3 控制設施。

本系統通過閥門來控制系統壓力和流量，在水泵出口和施肥罐處各安裝塑料閥門，以便控制流量和肥料的施用量。

5. 水泵選型

根據計算所得流量為6.417m3/h，工作水頭48.823m，選擇200QJ7-65/5型潛水泵，電機功率4KW，水管直徑1.5吋。

[文章編號]1619-2737（2013）11-10-820

[作者簡介] 李強（1964.7-） ，男，職稱：助理工程師，工作單位：阜新蒙古族自治縣佛寺鎮水利站。