農田水利工程滴灌系統設計探析

郭本軍

摘 要 滴灌技術是農田水利工程中應用較為普遍的一種重要節水技術，其在氣候干燥，水資源缺乏地區的農田水利中得到廣泛應用，并取得較為理想的效果。滴灌系統設計的合理性和科學性對滴灌技術效果產生嚴重影響，因此，需加強對系統設計進行深入研究。

關鍵詞 農田水利；節水灌溉；滴灌系統；設計

中圖分類號：S275.6 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）12-160-02

灌溉設計及灌溉規劃為農田水利工程的重要內容，其對工程的整體效益及作用的發揮具有決定性作用。農田水利工程建設與農業、農村、農民相關問題息息相關。因此，水利灌溉工程的設計必須要有科學性、合理性、高效性。滴灌技術是農田節水灌溉工程應用最為普遍的一種技術，對工程整體效果的提高具有重要意義[1]。

1 滴灌技術的原理及特點

滴灌技術為一種先進、低壓節水的新型灌溉技術，其是將存在一定壓力的水通過過濾后通過管網、出水管道進行輸送，將水輸送至灌溉帶進行以水滴的形式來實現緩慢且均勻的滴灌[2]。滴灌技術的應用需要有配套的機械化系統，一般情況是使用小口徑管管道來配合滴頭，將水、化肥等進行滴灌。為了降低水分蒸發，還需使用自動化系統對滴灌技術進行控制。滴灌技術在應用過程中的優點主要表現如下。首先，節水效果好。滴灌技術的應用可大大提高水的利用率，且可有效降低水分蒸發。其次，農藥施用量少，提高作物品質。滴灌技術可同時將水和肥料滴灌至農作物根本附近的土壤，保證農作物得到充足的水分和養分，且可對區域內的溫度進行有效控制，降低病蟲害發生頻率，降低農藥使用量，進而促進農作物的品質得到提高。最后，適應能力強。滴灌技術適用于任何地形和土壤，適應能力極強。

2 滴灌系統的具體設計

進行滴灌系統設計時，首先需要對當地地形、地質進行全面、詳細的勘察，全面了解并掌握當地的氣候特點及水資源條件，然后應用科學的計算方法進行相關計算，進而實施滴灌系統設計。

2.1 滴灌帶鋪設方式和管道的具體布置

滴灌帶鋪設及管道布置方式應以工程所處土壤條件作為根據進行合理選擇。例如，在沙漠平原地區可選擇應用低壓、小流量的高效節水模式。管道布置方式需根據具體灌溉農作物進行選擇。不同農作物在灌溉過程中對管道布設存在不同的要求。在對管道布置進行設計時，應最大限度的縮短路線，滴灌帶鋪設方向應與農作物的生長方向保持良好一致性[3]。此外，在對管道布置進行設計時，還應對各用水單元的實際需要進行充分考慮，盡量使管道的管理具有便捷性，為組織輪灌的實施提供便利。同時，管道布置設計還應對其經濟合理性和運行過程中的可靠性和實效性進行充分考慮。

2.2 滴灌及工作制度設計

最大灌水定額為mmax，設計灌水周期為T，設計供水強度為Ia，T0= mmax/Ia，T≤T0；計凈灌水定額為md，供水強度為Ia，md=T×Ia；設計毛灌水定額為m毛，灌溉水利用系數為η=0.9，m毛= md/η；t為一次灌水延續時間，Se為滴頭間距，SL為毛管布設間距，Qd為灌水器額定流量，t= m毛×Se×SL/Qd。

在工作制度上，設計灌水周期T，日供水小時數td，一次灌溉延續時間t，最多輪灌組數Nmax（組），Nmax=[T ·td/t] 。在實際設計過程中，應以地形實際條件及管理的方便作為主要依據，對輪灌組數量進行合理確定。

2.3 相關計算設計

2.3.1 毛管水頭損失

毛管水頭損失計算公式為：

h毛管（m）=kf Se qdm/db（（N+0.48）m+1/（m+1）-Nm（1- S0/Se））

其中，f為摩阻系數，m為流量指數，b為管徑指數，k為水頭損失擴大系數，Se為毛管上分流孔間距，qd為灌水器的設計流量，d毛為確定毛管內徑，N為確定毛管孔數，S0為毛管首孔至支管的距離。

2.3.2 毛管的進口工作壓力

毛管的進口工作壓力計算公式為：

h0毛=hd+Rkf·Se·qdm（N-0.52）m+1 /（（m+1）dm）+kf·S0（Nqd）m+1/dn

其中，hd為額定工作水頭，k為水頭損失擴大系數，f為摩阻系數，m為流量指數，Se為毛管上分流孔間距，qd為灌水器的設計流量，d為毛管內徑，N為確定毛管孔數，S0為毛管首孔至支管距離。

2.3.3 支管水力計算

支管水力計算的計算公式為：

d支管=（kf SL（2N qd）m/Δh2（（N1+0.48）m+1/（m+1）-N1m（1- S0/SL）））1/b

其中，k為水頭損失擴大系數，k=1+hj/hf=1.2，SL為毛管布設間距，qd為灌水器的設計流量，Δh2為支管允許水頭偏差，N1為一條支管控制毛管對數，S0為首孔至支管距離。

2.4 水泵選擇及首部樞紐設計

在選用水泵時，應以水力計算作為根據進行合理選擇。水泵的設計流量、設計揚程、選取潛水泵型號等均需根據具體水力計算結果而定。為了避免水錘發生，在運行水泵的過程中應向將出水口打開，然后在將水泵打開。實施關閉操作時，應先將水泵關閉，然后再將出水口關閉。系統的開啟和關閉均需要緩慢進行，避免水錘發生。

在系統首部設計主要包含過濾器、施肥罐、控制量測設施與保護裝置3個部分。過濾器按照在干管上，并同時按照配套相應管件。以系統的設計流量作為根據，嚴格參照微灌常用施肥設施技術參數表進行施肥罐的配備裝置。當在過濾器前設置有水表時，應在首部樞紐進管網位置設置逆止閥，其規格應和過濾器的進出口直徑保持一致。在過濾器進出口位置設置有壓力表時，首部樞紐應在連接管合田間管網的最高位置設置有排氣閥。

2.5 系統投資估算及經濟效益評價

進行農田水利工程滴灌系統設計過程中還需對系統的投資及經濟效益進行估算和評價。全面考慮工程實際施工的便捷性和對農作物產生的影響，高度重視滴灌管線布置及敷設的合理性。同時，還要對工程造價進行充分考慮，最大限度地選擇使用經濟型滴灌系統設計方案。

3 結語

現階段，我國農田水利中滴灌技術的應用范圍在不斷擴大。該種技術的應用存在諸多優點，但是技術的應用還有需不斷完善。在實施系統設計的過程中積極借鑒相關成功設計方案，從具體工程特點及實際情況出發，選擇應用具有科學性、合理性的經濟型滴灌系統設計方案，促進滴灌技術的應用價值得到充分體現。

參考文獻

[1]蘭代祥.淺談農田水利工程中的質量控制及相關管理工作[J].中國新技術新產品，2013，5（10）：1131-1132

[2]關瑜.對小型農田水利工程建設和管理問題的探討[J].中國新技術新產品，2011，12（7）：485-486.

[3]馬英杰，楊九剛，馬亮，等.滴灌帶布設方式對棉田土壤鹽分運移規律的影響研究[J].節水灌溉，2013，9（1）：624-625.

（責任編輯：劉昀）