高效節水灌溉技術-噴灌技術研究

李 源 張 賓 牛國凱

（鄭州市水利建筑勘測設計院，河南 鄭州 450006）

1 研究區概況

研究區耕地面積12hm2，種植作物類型為露地花卉，水源來自煤礦排水口，提水至新建蓄水池調蓄后進行灌溉，采用固定管道式噴灌。

2 灌溉制度制定

2.1 灌溉定額及設計灌水周期[1]

研究區種植作物為花卉，采用充分灌溉，種植比例100%，年灌水次數為30 次，灌水定額為40mm，灌溉方式為噴灌，灌溉水利用系數0.87，灌溉定額1 200mm，毛灌溉定額1 379.3mm。設計灌水周期根據按下式計算：T=m/Ep。 其中，T 為設計灌水周期，d；m 為設計灌水定額，取40mm；EP為作物日需水量，mm/d，取符合設計保證率的代表年的灌水臨界期的平均日需水量， 花卉取7mm/d。 經計算，設計灌水周期為5.7d。

2.2 灌溉制度制定

經過灌溉定額及設計灌溉周期計算，結合當地經驗，研究區花卉灌溉制度見表1。

表1 研究區灌溉制度表

3 水源工程

研究區利用北部兩座新建蓄水池進行灌溉，水源來自煤礦排水口，根據水源劃分控制耕地范圍，控制耕地面積A=12hm2，均為花卉。

3.1 單次灌溉最大用水量及年灌溉用水量

根據研究區設計灌溉制度，單次灌溉最大用水量Wm=10m花卉×A/η/10 000=10×40×12/0.87/10 000=0.56 萬m3，新建蓄水池總容積需不小于0.56 萬m3。 新建蓄水池控制耕地年灌溉用水量Wj=0.001M花卉A/η=0.001×1 200×12/0.87=16.55 萬m3。

3.2 調蓄工程規模

3.2.1 單次灌溉補水用時

兩座新建蓄水池利用排水口進行補水， 總排水流量為233.33m3/h，補水方式為一干兩支同時補水。 單次灌溉最大用水量為0.28 萬m3，補水時間為1.5d。 結合當地灌溉經驗，單次補水最大用時滿足灌溉要求，水源控制耕地范圍可維持原設計，不需縮小。

3.2.2 調蓄工程規模確定

由于新建蓄水池有外部穩定水源進行補水，調蓄工程規模滿足單次灌溉最大用水量需求即可。 本次擬定年補水次數為14次，調蓄工程規模為16.55/14=1.18 萬m3。 本次新建蓄水池規模確定為0.6 萬m3，總規模1.2 萬m3，可滿足控制耕地灌溉需求。

3.2.3 新建蓄水池設計

本次灌溉水源來自煤礦排水口，因煤礦排水含有較多的懸浮顆粒，為滿足花卉噴灌用水水質要求，設計礦水沉淀池1 座。礦水沉淀池位于研究區東部，V=3 000m3，設計水深2.5m，平面尺寸為25m×40m，占地面積1 066m2。蓄水池位于研究區北部，根據劃分的灌溉區域，以及調蓄工程規模計算，單座V=6 000m2，設計水深2.5m，平面尺寸為40m×50m，占地面積2 091m2。 礦水沉淀池及蓄水池迎水面采用M7.5 漿砌石擋墻， 池底為300mm 厚漿砌石。 漿砌石擋墻每20m 設置2cm 的伸縮縫，采用低發泡沫塑料板填縫。

4 噴頭選型和布置間距[2]

噴頭擬選用ZY-2 噴頭，其工作參數為：噴頭直徑d 為6.5/3.1（mm），工作壓力hp 為0.3（Mpa），流量Q 為2.76（m3/h），射程R 為18.9（m）。 噴頭設計工作壓力為0.3Mpa，設計風速取多年平均風速2m/s，主風向不明確。按照國家標準《噴灌工程技術規范》（GB/T50085-2007）表4.2.4 規定，結合田間實際情況，噴頭間距取18m。 噴頭間距及支管間距按照風向多變設計，采用正方形布置，Ka=Kb=1，a=b=18m，與噴頭間距一致。 參數校核如下，霧化指標：根據《噴灌工程技術規范》（GB/T50085-2007），蔬菜及花卉噴灌霧化指標Wh 應在4 000～5 000。 采用規范規定的公式進行計算，Wh=hp/d=4 615＞4 000，選用噴頭的霧化指標滿足設計需求。噴灌強度： 土壤性質為壤土， 根據噴灌規范， 允許噴灌強度為12mm/h。 本次初選噴頭設計噴灌強度按下式計算：ρ=KwCρρs；ρs=1 000q/（πR2）。式中ρ 為設計噴灌強度，mm/h；ρs為無風情況下單噴頭全圓噴灑計算強度， 計算得ρs=2.46mm/h；q 為噴頭流量，取2.76m3/h；R 為噴頭射程， 取18.9m；Kw為影響噴灌強度的風系數， 按單支管多噴頭同時全圓噴灑， 支管垂直風向計算，1.08v0.194，其中v 為設計風速2m/s，計算得Kw=1.24。 Cρ為影響噴灌強度的組合系數，根據《節水灌溉工程實用手冊》取單支管多噴頭同時全圓噴灑計算公式：

5 灌溉系統工作制度

灌溉系統工作制度是以灌溉制度為依據，在規定的時間內完成規定的灌水量，主要是系統設備輪灌方案及系統設計流量。灌水定額直接采用花卉灌溉制度中制定的參數，取40mm。 結合耕地分布及節水灌溉工程總體布置，研究區分為東、西兩部分地塊，分別利用新建蓄水池1 及新建蓄水池2 進行灌溉，均采用固定管道式噴灌，固定管道按兩級布置。 根據研究區田間固定管道布置，對東部及西部地塊制定系統設備輪灌方案。 西部地塊：西部地塊共布置12 根支管，分為12 個工作組，根據噴頭選型及布置，一個噴頭的灌水時間應按下式計算：t=mab/（1 000qpηp）。式中t—1 個工作位置的灌水時間，h；m—設計灌水定額， 取40mm；a—噴頭布置間距，取18m；b—支管布置間距，取18m；qp—噴頭設計流量，取2.76m3/h；ηp—灌溉水利用系數，取0.87。 計算得一個工作位置工作時間為5.4h，取6h。 一天工作位置數量按下式計算：nd=td/t。 式中nd—1 天工作位置數；td—設計日灌水時間，取12h。 計算得，一天工作位置數為2 個，同時工作1 根支管，共12個工作位置，灌水周期為6d。 由于地塊不規則，根據支管間距及噴頭間距布置，支管最長達到290m，即同時工作噴頭數量最多為290/18=17 個，系統設計流量為2.76×17=46.92m3/h。 東部地塊計算方法同西部地塊。

6 泵站設計[3]

本次設計提水泵站1 座、灌溉泵站2 座。 提水泵站：自礦水沉淀池向2 座新建蓄水池輸水。 在礦水沉淀池出水口處設置提水泵站1 處，取水流量233.33m3/h，輸水管道管材為PE100，管徑de200，管道耐壓0.6Mpa。 提水泵站采用離心泵1 臺，設計參數Q=250m3/h，H=48m。 提水泵站建筑形式為2 間磚混泵房，平面尺寸為7.2m×6.0m，建筑面積為46.43m2。 灌溉泵站：自蓄水池向西部地塊、東部地塊輸水。 在蓄水池邊設置灌溉泵站2 處，單座泵站設置離心泵1 臺，設計參數，Q=50m3/h，H=36m，負擔東、西部地塊。 在水泵管路上設置吸水管、閘閥、微阻緩閉止回閥、曲撓橡膠接頭等閥門管件。 灌溉泵站建筑形式與提水泵站相同。

7 結論

本文研究了典型區的作物灌溉制度、水源工程規模、噴頭選型和布置間距、灌溉系統工作制度、泵站設計等問題，對高效節水灌溉技術的推廣使用有積極意義。

[1]GB/T50363-2006.節水灌溉工程技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[2]GB/T50085-2007.噴灌工程技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[3]GB50265-2010.泵站設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.