淺談渭北高原果園滴灌方案設計
2014-12-12 16:41:05李少宜張榮王東林
中國建筑科學 2014年9期
李少宜++張榮++王東林
摘 要：滴灌技術與傳統灌溉技術相比具有節水、節肥、省工、地形適應能力強等優點。本文闡述了渭北高原某村500畝果園滴灌系統方案設計，該設計經實踐檢驗，技術可行，經濟效益顯著，可為同類工程參考。
關鍵詞：渭北高原； 果園； 滴灌； 方案設計
1.項目區概況
項目區地處渭北高原，區內地形復雜，梁峁相間，溝壑縱橫，土地面積分割成小塊，難以實現集中連片形成規模，而且相對高差大，取水成本較高。總的地勢北高南低。地形為黃土梁峁溝壑區，耕地多為梯田，坡度在13.1%～4.3%之間。作物種植以果樹為主，玉米、小麥和蔬菜為輔，因此農業灌溉以噴灌、滴管及小管出流等節水灌溉方式為宜。
項目區氣候屬暖溫帶大陸性半濕潤易干旱氣候，四季冷暖干濕分明，春冬季干燥寒冷，夏秋季炎熱多雨，全年平均氣溫10.6℃，極端最高氣溫39.7℃，最低氣溫-16.0℃，無霜期201d（最長 272d，最短164d），最大凍土深度70cm，最大風速26.0m/s，多年平均日照時數為2356.6h，年平均降雨量615.9mm，年平均水面蒸發量1394mm。
冬季干燥寒冷，雨水較少；春季濕度回升，降水增多，日溫差較大，易出現寒潮霜凍大風，常有春旱發生；夏季降水較多而且集中在7、8、9三個月，常伴有大風、冰雹和局部暴雨，易出現夏旱和伏旱；初秋多連陰雨，晚秋天氣較為睛朗。
項目區選取某村500畝地作為典型設計，項目區分10個區，每區地塊長×寬約為150m×150m左右。典型區種植作物為蘋果，株距3m，行距4m。節水灌溉方式為滴灌，水源為五一水庫，通過泵站提水至蓄水池，然后經干支管輸送到田間支管。
2.滴灌灌溉制度
2.1設計參數的確定
計劃濕潤層深度，h=120cm；適宜含水量上限βmax=85%θ；適宜含水量下限βmin=65%θ；田間持水量（重量比）θ=19%；灌溉水利用系數η=0.90；作物日耗水強度Ep=4.0mm/d；土壤容重γ=1.3g/cm3 ；設計土壤濕潤比P=23%；設計灌水均勻度Cu=90%；滴灌設計保證率為75%。
2.2設計灌水定額
式中： —設計灌水定額，mm； η—灌溉水利用系數，取η=0.9； r—土壤容重，1.3g/cm3；z—土壤計劃濕潤土層深度，取1.2m；p—設計土壤濕潤比，取23（%）；θmax—適宜土壤含水率上限，取16.2（%）；θmin—適宜土壤含水率下限，取12.4（%）。
經計算，m滴=15mm =10.01m3/畝。取m滴 =10m3/畝。
2.3灌水周期
式中：T—設計灌水周期，d；Ea—作物耗水強度，取4mm/d； —設計灌水定額，15mm（10m3/畝）；η—灌溉水利用系數，取η=0.90。經計算，T=3.38d，灌水周期取3d。
3.毛管與滴頭間距的確定
項目區種植為蘋果樹，果樹行距4m，株距3m，毛管選擇邊翼迷宮式滴灌帶，采用一行樹一條毛管的方式布置，其中每顆果樹布置兩個滴頭，滴頭間距Se=1.0m，毛管間距S1=4.0m。
3.1一次灌水延續時間（t）
式中：Sr—果樹行距，取4m；St—果樹株距，取3m； —設計灌水定額，15mm；
qd—滴頭流量，3.75L/h；n—1顆果樹下滴頭的數目，取n=3。
經計算，一次灌水延續時間t=16h。
3.2 輪灌區數目
一次灌水時間取t=16h，輪灌組N=20h×3/16h=3.75組。即，實際最大輪灌區，取N=4組。
4.管網總體布置
滴灌系統采用如下結構：干管（水源）→干（分干）管→計量裝置（水表、壓力表）→施肥罐（施肥控制裝置）→分干管（地埋PVC管）→支管（地埋PVC管）→毛管（滴灌帶）。支管的管材選用PVC管材，支管沿田塊中間布置，毛管垂直于支管布置。每行果樹布置一條毛管，間距為4m。毛管選用φ16mm的內鑲貼片式滴灌帶。為了防凍，支管按不小于1.5‰的坡度在管道未端設排水井。
5.滴灌系統的工作制度
本方案按單井控制果園面積為500畝，典型區共布置3條支管，60條毛管，每條毛管平均控制1500條滴灌帶。在進行灌溉時，一次開1條支管，一條支管共開20條毛管作為一個輪灌組，共分3個輪灌組。每個輪灌組的灌水延續時間t是16小時，需要3天灌完。
6.管道設計及水力計算
6.1毛管水頭損失計算
毛管進口流量毛管選用邊翼迷宮式滴灌帶，內徑為16mm。
沿程損失水頭：
式中： —沿程水頭損失，m；S—分流孔間距，取1.0m；S0—多孔管進水口至首孔的間距，取0.5m；N—分流孔數，N取75；qd—單孔設計流量。
經計算，毛管沿程水頭損失 =0.005m
毛管的局部水頭損失可按沿程損失的20%考慮，即hj毛=0.06×20%=0.001m。
毛管總水頭損失：h毛=hf毛+hj毛=0.006m。
6.2支管管徑及水頭損失計算
一次灌溉每條支管同時最多開啟25條毛管，用一條毛管控制，則：
Q輔=Q毛×20=0.281×25=7.03m3/h。
支管管徑按管道經濟流速1.5確定
則支管選用DN50UPE管，工作壓力0.2Mpa。
沿程損失水頭：
式中： —沿程水頭損失，m；S—分流孔間距，取3m；S0—多孔管進水口至首孔的間距，取1m；N—分流孔數，N取25；qd—單孔設計流量，取7.03m3/h。
經計算，支管沿程水頭損失 =0.002m。支管局損按沿損20%計，即hj輔=20%hf輔=0.0004m。則支管總水頭損失為：h輔=hf輔+hj輔=0.002m。
6.3分干管管徑及水頭損失計算
一條分干管開啟20條支管，則Q支=Q輔=7.03×20=140.6m3/h
分干管管徑按管道經濟流速1.5確定
分干管選取DN180UPVC管，工作壓力0.4Mpa。
分干管沿程水頭損失
式中： —沿程水頭損失，m；f—摩阻系數；Q—流量，取140.6m3/h ；d—管道內徑，mm；L—管長，取750m。m—流量指數；b—管徑指數。
經計算，分干管沿程水頭損失 =7.91m
分干管局損按沿損10%計，則支管總水頭損失h支=hf支+hj支=8.70m。
6.4干管管徑及流量計算
一條干管開啟1條分干管，則Q干=Q分干=7.03×20=140.6m3/h
干管選取DN200UPVC管，工作壓力0.6Mpa。
6.5管材及管徑計算統計成果
管材及管徑計算統計表
7.結論
該滴灌系統投入使用后，較傳統灌溉技術省水60%，同時減少了肥料及農藥施用量，病蟲害的發生也大大降低，為果樹提供了較佳的生長環境，增產達20%以上，大大提高了農民經濟收入，經濟效益和社會效益顯著。
摘 要：滴灌技術與傳統灌溉技術相比具有節水、節肥、省工、地形適應能力強等優點。本文闡述了渭北高原某村500畝果園滴灌系統方案設計，該設計經實踐檢驗，技術可行，經濟效益顯著，可為同類工程參考。
關鍵詞：渭北高原； 果園； 滴灌； 方案設計
1.項目區概況
項目區地處渭北高原，區內地形復雜，梁峁相間，溝壑縱橫，土地面積分割成小塊，難以實現集中連片形成規模，而且相對高差大，取水成本較高。總的地勢北高南低。地形為黃土梁峁溝壑區，耕地多為梯田，坡度在13.1%～4.3%之間。作物種植以果樹為主，玉米、小麥和蔬菜為輔，因此農業灌溉以噴灌、滴管及小管出流等節水灌溉方式為宜。
項目區氣候屬暖溫帶大陸性半濕潤易干旱氣候，四季冷暖干濕分明，春冬季干燥寒冷，夏秋季炎熱多雨，全年平均氣溫10.6℃，極端最高氣溫39.7℃，最低氣溫-16.0℃，無霜期201d（最長 272d，最短164d），最大凍土深度70cm，最大風速26.0m/s，多年平均日照時數為2356.6h，年平均降雨量615.9mm，年平均水面蒸發量1394mm。
冬季干燥寒冷，雨水較少；春季濕度回升，降水增多，日溫差較大，易出現寒潮霜凍大風，常有春旱發生；夏季降水較多而且集中在7、8、9三個月，常伴有大風、冰雹和局部暴雨，易出現夏旱和伏旱；初秋多連陰雨，晚秋天氣較為睛朗。
項目區選取某村500畝地作為典型設計，項目區分10個區，每區地塊長×寬約為150m×150m左右。典型區種植作物為蘋果，株距3m，行距4m。節水灌溉方式為滴灌，水源為五一水庫，通過泵站提水至蓄水池，然后經干支管輸送到田間支管。
2.滴灌灌溉制度
2.1設計參數的確定
計劃濕潤層深度，h=120cm；適宜含水量上限βmax=85%θ；適宜含水量下限βmin=65%θ；田間持水量（重量比）θ=19%；灌溉水利用系數η=0.90；作物日耗水強度Ep=4.0mm/d；土壤容重γ=1.3g/cm3 ；設計土壤濕潤比P=23%；設計灌水均勻度Cu=90%；滴灌設計保證率為75%。
2.2設計灌水定額
式中： —設計灌水定額，mm； η—灌溉水利用系數，取η=0.9； r—土壤容重，1.3g/cm3；z—土壤計劃濕潤土層深度，取1.2m；p—設計土壤濕潤比，取23（%）；θmax—適宜土壤含水率上限，取16.2（%）；θmin—適宜土壤含水率下限，取12.4（%）。
經計算，m滴=15mm =10.01m3/畝。取m滴 =10m3/畝。
2.3灌水周期
式中：T—設計灌水周期，d；Ea—作物耗水強度，取4mm/d； —設計灌水定額，15mm（10m3/畝）；η—灌溉水利用系數，取η=0.90。經計算，T=3.38d，灌水周期取3d。
3.毛管與滴頭間距的確定
項目區種植為蘋果樹，果樹行距4m，株距3m，毛管選擇邊翼迷宮式滴灌帶，采用一行樹一條毛管的方式布置，其中每顆果樹布置兩個滴頭，滴頭間距Se=1.0m，毛管間距S1=4.0m。
3.1一次灌水延續時間（t）
式中：Sr—果樹行距，取4m；St—果樹株距，取3m； —設計灌水定額，15mm；
qd—滴頭流量，3.75L/h；n—1顆果樹下滴頭的數目，取n=3。
經計算，一次灌水延續時間t=16h。
3.2 輪灌區數目
一次灌水時間取t=16h，輪灌組N=20h×3/16h=3.75組。即，實際最大輪灌區，取N=4組。
4.管網總體布置
滴灌系統采用如下結構：干管（水源）→干（分干）管→計量裝置（水表、壓力表）→施肥罐（施肥控制裝置）→分干管（地埋PVC管）→支管（地埋PVC管）→毛管（滴灌帶）。支管的管材選用PVC管材，支管沿田塊中間布置，毛管垂直于支管布置。每行果樹布置一條毛管，間距為4m。毛管選用φ16mm的內鑲貼片式滴灌帶。為了防凍，支管按不小于1.5‰的坡度在管道未端設排水井。
5.滴灌系統的工作制度
本方案按單井控制果園面積為500畝，典型區共布置3條支管，60條毛管，每條毛管平均控制1500條滴灌帶。在進行灌溉時，一次開1條支管，一條支管共開20條毛管作為一個輪灌組，共分3個輪灌組。每個輪灌組的灌水延續時間t是16小時，需要3天灌完。
6.管道設計及水力計算
6.1毛管水頭損失計算
毛管進口流量毛管選用邊翼迷宮式滴灌帶，內徑為16mm。
沿程損失水頭：
式中： —沿程水頭損失，m；S—分流孔間距，取1.0m；S0—多孔管進水口至首孔的間距，取0.5m；N—分流孔數，N取75；qd—單孔設計流量。
經計算，毛管沿程水頭損失 =0.005m
毛管的局部水頭損失可按沿程損失的20%考慮，即hj毛=0.06×20%=0.001m。
毛管總水頭損失：h毛=hf毛+hj毛=0.006m。
6.2支管管徑及水頭損失計算
一次灌溉每條支管同時最多開啟25條毛管，用一條毛管控制，則：
Q輔=Q毛×20=0.281×25=7.03m3/h。
支管管徑按管道經濟流速1.5確定
則支管選用DN50UPE管，工作壓力0.2Mpa。
沿程損失水頭：
式中： —沿程水頭損失，m；S—分流孔間距，取3m；S0—多孔管進水口至首孔的間距，取1m；N—分流孔數，N取25；qd—單孔設計流量，取7.03m3/h。
經計算，支管沿程水頭損失 =0.002m。支管局損按沿損20%計，即hj輔=20%hf輔=0.0004m。則支管總水頭損失為：h輔=hf輔+hj輔=0.002m。
6.3分干管管徑及水頭損失計算
一條分干管開啟20條支管，則Q支=Q輔=7.03×20=140.6m3/h
分干管管徑按管道經濟流速1.5確定
分干管選取DN180UPVC管，工作壓力0.4Mpa。
分干管沿程水頭損失
式中： —沿程水頭損失，m；f—摩阻系數；Q—流量，取140.6m3/h ；d—管道內徑，mm；L—管長，取750m。m—流量指數；b—管徑指數。
經計算，分干管沿程水頭損失 =7.91m
分干管局損按沿損10%計，則支管總水頭損失h支=hf支+hj支=8.70m。
6.4干管管徑及流量計算
一條干管開啟1條分干管，則Q干=Q分干=7.03×20=140.6m3/h
干管選取DN200UPVC管，工作壓力0.6Mpa。
6.5管材及管徑計算統計成果
管材及管徑計算統計表
7.結論
該滴灌系統投入使用后，較傳統灌溉技術省水60%，同時減少了肥料及農藥施用量，病蟲害的發生也大大降低，為果樹提供了較佳的生長環境，增產達20%以上，大大提高了農民經濟收入，經濟效益和社會效益顯著。
摘 要：滴灌技術與傳統灌溉技術相比具有節水、節肥、省工、地形適應能力強等優點。本文闡述了渭北高原某村500畝果園滴灌系統方案設計，該設計經實踐檢驗，技術可行，經濟效益顯著，可為同類工程參考。
關鍵詞：渭北高原； 果園； 滴灌； 方案設計
1.項目區概況
項目區地處渭北高原，區內地形復雜，梁峁相間，溝壑縱橫，土地面積分割成小塊，難以實現集中連片形成規模，而且相對高差大，取水成本較高。總的地勢北高南低。地形為黃土梁峁溝壑區，耕地多為梯田，坡度在13.1%～4.3%之間。作物種植以果樹為主，玉米、小麥和蔬菜為輔，因此農業灌溉以噴灌、滴管及小管出流等節水灌溉方式為宜。
項目區氣候屬暖溫帶大陸性半濕潤易干旱氣候，四季冷暖干濕分明，春冬季干燥寒冷，夏秋季炎熱多雨，全年平均氣溫10.6℃，極端最高氣溫39.7℃，最低氣溫-16.0℃，無霜期201d（最長 272d，最短164d），最大凍土深度70cm，最大風速26.0m/s，多年平均日照時數為2356.6h，年平均降雨量615.9mm，年平均水面蒸發量1394mm。
冬季干燥寒冷，雨水較少；春季濕度回升，降水增多，日溫差較大，易出現寒潮霜凍大風，常有春旱發生；夏季降水較多而且集中在7、8、9三個月，常伴有大風、冰雹和局部暴雨，易出現夏旱和伏旱；初秋多連陰雨，晚秋天氣較為睛朗。
項目區選取某村500畝地作為典型設計，項目區分10個區，每區地塊長×寬約為150m×150m左右。典型區種植作物為蘋果，株距3m，行距4m。節水灌溉方式為滴灌，水源為五一水庫，通過泵站提水至蓄水池，然后經干支管輸送到田間支管。
2.滴灌灌溉制度
2.1設計參數的確定
計劃濕潤層深度，h=120cm；適宜含水量上限βmax=85%θ；適宜含水量下限βmin=65%θ；田間持水量（重量比）θ=19%；灌溉水利用系數η=0.90；作物日耗水強度Ep=4.0mm/d；土壤容重γ=1.3g/cm3 ；設計土壤濕潤比P=23%；設計灌水均勻度Cu=90%；滴灌設計保證率為75%。
2.2設計灌水定額
式中： —設計灌水定額，mm； η—灌溉水利用系數，取η=0.9； r—土壤容重，1.3g/cm3；z—土壤計劃濕潤土層深度，取1.2m；p—設計土壤濕潤比，取23（%）；θmax—適宜土壤含水率上限，取16.2（%）；θmin—適宜土壤含水率下限，取12.4（%）。
經計算，m滴=15mm =10.01m3/畝。取m滴 =10m3/畝。
2.3灌水周期
式中：T—設計灌水周期，d；Ea—作物耗水強度，取4mm/d； —設計灌水定額，15mm（10m3/畝）；η—灌溉水利用系數，取η=0.90。經計算，T=3.38d，灌水周期取3d。
3.毛管與滴頭間距的確定
項目區種植為蘋果樹，果樹行距4m，株距3m，毛管選擇邊翼迷宮式滴灌帶，采用一行樹一條毛管的方式布置，其中每顆果樹布置兩個滴頭，滴頭間距Se=1.0m，毛管間距S1=4.0m。
3.1一次灌水延續時間（t）
式中：Sr—果樹行距，取4m；St—果樹株距，取3m； —設計灌水定額，15mm；
qd—滴頭流量，3.75L/h；n—1顆果樹下滴頭的數目，取n=3。
經計算，一次灌水延續時間t=16h。
3.2 輪灌區數目
一次灌水時間取t=16h，輪灌組N=20h×3/16h=3.75組。即，實際最大輪灌區，取N=4組。
4.管網總體布置
滴灌系統采用如下結構：干管（水源）→干（分干）管→計量裝置（水表、壓力表）→施肥罐（施肥控制裝置）→分干管（地埋PVC管）→支管（地埋PVC管）→毛管（滴灌帶）。支管的管材選用PVC管材，支管沿田塊中間布置，毛管垂直于支管布置。每行果樹布置一條毛管，間距為4m。毛管選用φ16mm的內鑲貼片式滴灌帶。為了防凍，支管按不小于1.5‰的坡度在管道未端設排水井。
5.滴灌系統的工作制度
本方案按單井控制果園面積為500畝，典型區共布置3條支管，60條毛管，每條毛管平均控制1500條滴灌帶。在進行灌溉時，一次開1條支管，一條支管共開20條毛管作為一個輪灌組，共分3個輪灌組。每個輪灌組的灌水延續時間t是16小時，需要3天灌完。
6.管道設計及水力計算
6.1毛管水頭損失計算
毛管進口流量毛管選用邊翼迷宮式滴灌帶，內徑為16mm。
沿程損失水頭：
式中： —沿程水頭損失，m；S—分流孔間距，取1.0m；S0—多孔管進水口至首孔的間距，取0.5m；N—分流孔數，N取75；qd—單孔設計流量。
經計算，毛管沿程水頭損失 =0.005m
毛管的局部水頭損失可按沿程損失的20%考慮，即hj毛=0.06×20%=0.001m。
毛管總水頭損失：h毛=hf毛+hj毛=0.006m。
6.2支管管徑及水頭損失計算
一次灌溉每條支管同時最多開啟25條毛管，用一條毛管控制，則：
Q輔=Q毛×20=0.281×25=7.03m3/h。
支管管徑按管道經濟流速1.5確定
則支管選用DN50UPE管，工作壓力0.2Mpa。
沿程損失水頭：
式中： —沿程水頭損失，m；S—分流孔間距，取3m；S0—多孔管進水口至首孔的間距，取1m；N—分流孔數，N取25；qd—單孔設計流量，取7.03m3/h。
經計算，支管沿程水頭損失 =0.002m。支管局損按沿損20%計，即hj輔=20%hf輔=0.0004m。則支管總水頭損失為：h輔=hf輔+hj輔=0.002m。
6.3分干管管徑及水頭損失計算
一條分干管開啟20條支管，則Q支=Q輔=7.03×20=140.6m3/h
分干管管徑按管道經濟流速1.5確定
分干管選取DN180UPVC管，工作壓力0.4Mpa。
分干管沿程水頭損失
式中： —沿程水頭損失，m；f—摩阻系數；Q—流量，取140.6m3/h ；d—管道內徑，mm；L—管長，取750m。m—流量指數；b—管徑指數。
經計算，分干管沿程水頭損失 =7.91m
分干管局損按沿損10%計，則支管總水頭損失h支=hf支+hj支=8.70m。
6.4干管管徑及流量計算
一條干管開啟1條分干管，則Q干=Q分干=7.03×20=140.6m3/h
干管選取DN200UPVC管，工作壓力0.6Mpa。
6.5管材及管徑計算統計成果
管材及管徑計算統計表
7.結論
該滴灌系統投入使用后，較傳統灌溉技術省水60%，同時減少了肥料及農藥施用量，病蟲害的發生也大大降低，為果樹提供了較佳的生長環境，增產達20%以上，大大提高了農民經濟收入，經濟效益和社會效益顯著。
