某農場滾移式噴灌系統典型設計應用

劉盈盈，李 威

(佳木斯市水利勘測設計研究院，黑龍江 佳木斯 154002)

推廣應用

某農場滾移式噴灌系統典型設計應用

劉盈盈，李 威

(佳木斯市水利勘測設計研究院，黑龍江 佳木斯 154002)

滾移式噴灌機是一種半機械化大型噴灌機組，文章對其主要結構、工作方式、適用性等方面進行了簡要介紹和分析，并依據紅五月農場的地塊條件，分析了大豆高效節水灌溉制度，并在此基礎上詳述了滾移式噴灌工程設計，包括噴灌機布置、管道系統設計，最終得出結論，滾移式噴灌系統是適合我國目前農業經營規模和生產力發展水平的機型之一。

滾移式噴灌；灌溉制度；系統設計流量；設計壓力水頭；噴灌設備

1 概 述

紅五月農場，位于九三分局東南部，場部距分局30km，全場總面積314km2，其中耕地面積為1.24萬 hm2，是一個農業機械化程度較高，以種植小麥、大豆為主，林、牧、副、漁全面發展的谷物農場。

全局交通、電力基礎設施建設較強，覆蓋全局各鄉村，電網質量和電壓等級良好，完全滿足工農業生產需要。全局交通路網較為發達，路面狀況良好，主要干路路面均為混凝土路面。

該局水利基礎設施建設還不配套，嚴重制約了高效農業發展，管理局及農場對發展農田水利工程要求十分迫切。

根據地形條件、水源條件及農場灌溉發展需要，對場部東側地塊進行滾移式噴灌系統設計，地塊種植作物主要為大豆，單井出水量在80m3/s左右。

2 滾移式噴灌工作原理及適用條件

滾移式噴灌機是一種大型半機械化噴灌機組。滾移式噴灌機組配套部分主要由驅動車、輸水支管(兼作輪軸)、從動輪、引水軟管、噴頭、噴頭矯正器、自動泄水閥、制動支桿等組成[1]。

該機可以用人力推移，也可以配備驅動車，操作方便、簡單，且爬坡能力強，可用于很陡的坡地，省去平整土地的高昂費用。

管接頭為快速拆裝式，裝拆方便，通過加裝或拆掉幾節管道的方式，便可灌溉不規則形狀地塊。噴頭矯正器使噴頭在作業位置處于豎直向上狀態，保證灌溉質量。

作業順序是在一個位置噴灑一段時間，達到灌水定額后，關閉干管上給水閥，移動噴灌機至下一給水閥，繼續噴灌[2]。

水通過主管道的輸送經由噴頭噴灑到地塊上，設備的主管道選用鋁合金管道，噴灌機全長150～600m，根據實際，一般選用300～400m，這主要是考慮地塊的寬度和水源流量。管道為抗扭鋁管，直徑一般為110mm。

噴灌間距一般為10～12m，單噴頭流量范圍選用1.34～3.2m3/h。一般根據噴灌機長度，可采用人工移動，需要10人左右，單機控制面積最大一般為66.67hm2。

3 灌溉制度

根據當地有關資料確定噴灌的灌水定額和灌水周期。

3.1 噴灌灌溉制度

噴灌計算公式為：

(1)

式中：m為設計灌水定額，mm；H為灌溉水的利用系數；h為計劃土壤濕潤層深度，cm；β1為適宜土壤含水量上限(重量百分比)；β2為適宜土壤含水量下限(重量百分比)；γ為土壤容重，kg/cm3；T為設計灌水周期，d。

(2)

式中：W為作物日需水量，mm/d。

3.2 大豆高效節水灌溉制度

3.2.1 大豆的需水規律

大豆不同生育時期計劃濕潤層的適宜土壤濕度：播種時應在田間持水量的90%；出苗后控制在田間持水量60%～70%；出苗—分枝期，為田間持水量的65%～90%；分枝—開花期，為田間持水量的70%～90%；花期—鼓粒期為田間持水量的90%～85%；鼓粒—成熟期在田間持水量的65%～90%[3]。

3.2.2 大豆高效節水灌溉制度

從大豆的需水規律來看，各生育階段需水量按大小排列順序是：花期—鼓粒期>鼓粒—成熟期>分枝—花期>苗期—分枝期。因此，花莢期既是需水最多的時期，也是大豆各生育階段中灌水效果最佳的時期，必需保證充足灌水[4-6]。

在不能滿足充分供水灌溉的地區，大豆的各生育階段土壤水分下限(占田間持水量的百分數)可適當降低，除播種期保持70%～90%，開花結莢期≥65%外，其它階段土壤水分下限可降至60%。可以根據以上原則，參考黑龍江省地方標準《用水定額》DB23/T727—2010，制定大豆的高效節水灌溉制度，詳見表1。

表1 大豆高效節水灌溉制度表

4 滾移式噴灌工程典型設計

4.1 噴灌機布置

4.1.1 管道布置

主管道從水源井一直鋪設到地邊，然后沿壟向布設，噴灌支管與主管道垂直銜接。詳見圖1。

圖1 滾移式噴灌典型地塊布置示意圖

4.1.2 噴灌系統工作制度

每日凈噴灌時間，根據農場實際情況，擬定噴灌時間t=22h。噴頭在一個點位上噴灑時間根據公式確定，計算公式為：

t=abm/1000q

(3)

式中：a為噴頭間距；b為支管間距；m為設計灌水定額；q為噴頭流量。

4.1.3 噴頭每日可工作的噴點數

計算公式為：

n=tr/(t+ty)

(4)

式中：tr為噴頭每日噴灌作業時間，tr=20h；ty為每次移動、拆裝和啟閉噴頭的時間，ty=10min。

4.1.4 噴灌系統設計流量的推求

計算公式為：

Q=nPq/ηC

(5)

式中：nP為設計管線上同時工作的噴頭數；q為噴頭設計流量；ηC為灌溉水利用系數，ηC=0.85。計算成果見下表：

表2 滾移式噴灌系統參數計算表

根據水源水量要求，推算滾移式噴灌控制面積41.75hm2，地塊寬360m，長1160m。

4.2 管道系統設計

干管選用直徑150mm涂塑軟管，支管選用直徑110mm薄壁鋁合金管。

4.2.1 噴灌系統設計壓力

計算公式為：

H=Zd-ZS+hS+hP+∑hf+∑hj

(6)

式中：H為噴灌系統設計壓力，m；Zd為典型噴點的地面高程，m；ZS為水源水面高程，m；hS為典型噴點的豎管高度，m，hS=0.8m；hP為典型噴點噴頭的工作壓力，m，hP=25m；∑hf為由水泵吸水管至典型噴點的噴頭進口處之間管道的沿程水頭損失，m；∑hj為由水泵吸水管至典型噴點的噴頭進口處之間管道的局部水頭損失，m。

4.2.2 干管沿程損失

計算公式為：

(7)

S0=f/db

(8)

式中：hf為管道沿程水頭損失，m；SO為比阻，即單位管長、單位流量時的沿程水頭損失；f摩阻系數，鋁合金管f=0.861×105，塑料管9.48×104；d為管道內徑，mm；b為管徑指數，鋁合金管b=4.74，塑料管b=4.77；Q為管道流量，m3/h；m為流量指數，鋁合金管m=1.74，塑料管m=1.77；L為管道長度，m。

4.2.3 噴灌機支管沿程損失

對于多噴頭支管的沿程水頭損失，計算公式為：

h′f=Fhf

(9)

式中：h＇f為多噴頭支管的沿程水頭損失，m；F為多口系數。

4.2.4 管道的局部水頭損失的計算

計算公式為：

(10)

式中：hj為局部水頭損失，m；ξ為局部阻力系數；V為管道水流速，m/s。

根據計算，典型地塊井噴灌系統設計總壓力為111m，采用250QJ80—120/6型水泵[7]。

5 設備選型

典型滾移式噴灌機工程設備表見表3。

表3 典型滾移式噴灌機工程設備表

6 結 語

滾移式噴灌機是適用條件廣泛的一種大型半機械化噴灌設備，設計當中應主要根據水源工程的水量、灌溉制度計算可灌面積、確定地塊的長度、寬度、噴頭數量，并復核其噴灌強度等指標。計算噴灌系統的總水頭壓力，確定選用合適泵型，最后選定設備。

[1]中華人民共和國水利部.GB50288—99灌溉與排水工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1999.

[2]北京水利水電管理干部學院，武漢水利電力大學.噴灌與微灌工程技術管理規程[S].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3]李援農，馬孝義.節水灌溉新技術--噴灌、微灌技術(1)[J].農村實用工程技術，2002(11):12.

[4]C.H.派爾.農田噴灌系統[J].節水灌溉，1978(02):74-91.

[5]李濤.噴灌系統常見故障和排除[J].河北農業科技，2002(03):27.

[6]孫萬弟，段春梅，陳仲安，彭鳳碧.噴灌系統管理指標的補充性調查驗證報告[J].噴灌技術，1985(12)，29.

[7]高歌陽.噴灌經濟[J].排灌機械，1996(01):47-51.

1007-7596(2014)01-0181-03

2013-09-25

劉盈盈(1982-)，女，黑龍江哈爾濱人，助理工程師；李威(1987-)，女，黑龍江慶安人，助理工程師。

TP273

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