朝陽縣節水滴灌工程典型地塊選擇與計算分析

邵 帥

（朝陽市供排水管理處，遼寧朝陽122000）

?

朝陽縣節水滴灌工程典型地塊選擇與計算分析

邵 帥

（朝陽市供排水管理處，遼寧朝陽122000）

摘要：根據朝陽縣節水增糧工程項目方案比選，針對60個片區進行滴灌方式的建設，選取了朝陽縣大廟鎮大廟村典型片區，通過對典型地塊的工程設計和計算分析可以看出工程建設在選址、布局、設計上具有可操作性，工程建設切實可行。

關鍵詞：節水；增糧；滴灌；設計；計算

1 典型片區的選擇

2012～2015年，朝陽縣節水增糧行動工程發展玉米膜下滴灌工程22.65萬畝，其中新增灌溉面積5萬畝，改善灌溉面積17.65萬畝。工程主要分布在大、小凌河流域一、二級階地上，涉及到28個鄉鎮117個村60個片區［1］。

這次選擇典型片區地塊為朝陽縣大廟鎮大廟村，其中耕地6511畝，該村976戶，總人口2742人，2012村糧食總產量521.4萬kg，人均收入4520元，交通便利［2］。區域內土層深厚，土壤以砂性土為主，土壤容重為1.45g/cm3，田間持水率為26%。地下水埋深8～10m，含水層厚20～35m，含水層巖性為中粗砂砂礫層，典型地塊井深65m，單井出水量50～80m3/h。水質良好，為重碳酸鈣鈉型，礦化度小于0.5g/L，適宜灌溉［3］。

2 灌溉方式選擇與管網布設

2.1 灌溉方式選擇

根據項目區水源、地形、當地實際運行方式，灌溉方式選擇滴灌系統。典型設計地塊面積200畝，根據水源地質條件，在項目區內改造水源井一眼（1號井），在土壤設計濕潤比p=85%時，出水量為50m3/h，改建井房1座，其內布置過濾器、水泵、開關啟動柜、逆止閥、施肥罐等首部工程［4］。

2.2 管網總體布置

項目區典型地塊東西長約525m，南北寬約252m。規劃區內計劃布置小塊滴灌區24個。區內種植作物為玉米，采用地膜覆蓋栽培。從水源井向地塊內鋪設一條干管Φ110（0.63MPaPVC管材）長度575m，布置8條 Φ90（0.63MPaPVC管）支管840m，輔管Φ75（0.4MPa PE管）1008m，布置形式為“豐”字形，支管垂直于作物種植壟向，滴灌帶平行作物壟向，雙向布置，滴灌帶間距為1.2m，滴灌帶上的滴頭間距為0.3m，滴灌流量1.38L/h，滴灌帶采用內鑲貼片式。

3 設計與計算分析

3.1 參數的確定

按照典型地塊的規劃布置方式進行設計，根據朝陽縣實際，確定設計參數，見表1。

表1 玉米膜下滴灌工程設計參數表

3.2 水源條件分析

在p=85%時，單井出水量50m3/h，井深24m，經水質化驗部門檢測，該井水質符合微灌工程水源標準［5］。單井控制灌溉面積計算公式如下：

式中：A為灌溉面積，hm2；QS為水源可供流量，50m3/h；td為每天開機時間，取20h/d；

為灌溉水利用系數，取0.95；Ia為計供水強度，mm/d；因無淋洗要求，取Ia=Ea=6mm/d；

計算得出，A=15.83hm2=237.5畝。

3.3 灌溉制度的擬定

3.3.1 最大凈灌水定額

式中：mmax為最大凈灌水定額，mm；R為土壤容重，1.45g/cm3；Z為土壤計劃濕潤層深度，40cm；P為設計土壤濕潤比，60%；θmax、θmin為適宜土壤含水率的上下限。

計算得出，mmax=18.1mm=12.07m3/畝。

3.3.2 灌水周期

項目區在5月上旬為需水高峰期，需水強度Ed=6mm/d，灌水周期可按下式計算：

式中：Tmax為最大灌水周期，d；mmax為最大凈灌水定額18.1mm；Ia為設計供水強度6mm/d。

計算得出，Tmax=3.02d。因T≤Tmax，故取設計灌水周期T=3d。

根據以上數值計算出設計凈灌水定額md=T× Ia=18mm；設計毛灌水定額m′=md/η=18.95mm。

3.3.3 一次灌水延續時間

式中：m′為設計毛灌水定額，mm；t為一次灌水延續時間，h；Se為灌水器間距，m；SL毛管間距，m；η為灌溉水利用系數；qd為灌水器流量，1.38L/h。

計算得出，t=4.94h。

3.3.4 輪灌制度

計算得出，N≤13.3，取整數后N≤13。

系統輪灌制度及運行方案：本工程設計劃分12個輪灌組，系統每天運行20h，每次運行1個輪灌組（2個典型地塊），一次灌水延續時間約為5h，一個輪灌組灌水結束后，先開啟下一個輪灌組，再關閉上一個輪灌組，嚴禁先關后開，每個輪灌組的面積平均為16.66畝。

3.4 輸水管網設計與計算

3.4.1 毛管流量計算

根據典型區內布置的毛管及滴頭數量（毛管按單側75m計算），滴灌帶上的滴頭間距為0.3m，可以計算出典型區設計流量：

式中：qd為灌水器流量，qd=1.38L/h；n為毛管滴頭的個數，n=L/se=75/0.3=250個；

計算得出，Q毛=345L/h=0.345m3/h

3.4.2 輔管流量計算

根據典型區內布置的輔管及滴頭數量（輔管按兩側150m計算），每條毛管的間距1.2m，毛管長度為42m，即一條毛管有20條輔管（雙向供水）同時工作，由此可以計算出典型區設計流量，輔管流量是輔管上各毛管流量的總和。

式中：n輔為輔管滴頭的個數，輔管按雙側計算n= L/se=150/0.3=500個；L為輔管長度，m；qd為灌水器流量，qd=1.38L/h。

計算得出，Q輔=500×（42÷1.2）×1.38= 24150L/h=24.15m3/h

3.4.3 支管流量計算

Q支=Q輔=24150L/h=24.15m3/h

3.4.4 干管流量計算

因為每個典型區內由一條支管控制，灌溉時有2條支管工作，所以，Q干=2Q支=48300L/h= 48.3m3/h。

3.4.5 毛管水利計算

（1）灌水單元內設計水頭偏差。

按規范要求，微灌系統灌水小區灌水器設計允許流量偏差率qv≤20%，本次設計取qv=20%，則灌水器工作水頭偏差率與流量偏差率按下式計算：

式中：x為灌水器流態指數，廠家提供數據0.45。

計算得出，hv=0.46。

在灌水小區內灌水器設計允許的水頭差在支、毛管間按50%分配。滴頭設計工作壓力為10m，則允許工作水頭偏差為：△h=10×0.46=4.6m，△h毛=0.5△h=2.3m，△h支=0.5△h=2.3m。

（2）灌水器水頭差校核。

根據公式hv=（hmax-hmin）÷hd×100，在灌水小區內灌水器設計允許的水頭差在輔、毛管間按50%分配。由此hv=0.5×（99.53-99.22）÷10×100=1.55＜2.3m，故上述水利計算符合要求。

3.4.6 管材管徑選擇

（1）毛管管徑的選擇。

根據產品選擇，毛管采用內鑲貼片式滴灌帶，型號為φ16×0.18×300—1.38L/h，最大工作壓力0.2MPa，設計工作壓力0.1MPa。

（2）輔管管徑的選擇。

式中：D為管道直徑，mm；Q為管道流量，m3/h；ν為經濟流速，m/s，取1.5。

計算得出，D輔=75.47mm

（3）支管和干管管徑的選擇。

一般情況下，支管管徑可根據管道經濟流速來確定。由公式（9）計算得出，D支=75.47mm，D干=106.74mm

根據上述計算結果和實際情況，干管選擇PVCΦ110塑料管材，支管選擇PVCΦ90塑料管材，輔管采用Φ75PE管材。

3.4.7 管網水頭損失計算

（1）干支管路水頭損失計算。

式中；hf為沿程水頭損失，m；f為摩阻系數，取0.464；L為管道長度，m；Qg為管道流量，L/h；m為流量指數，取1.77；b為管徑指數，取4.77；D為管徑，mm。

局部水頭損失計算按沿程水頭損失的10%計算。則干、支管水利計算成果見表2。

表2 干管與支管水利計算成果表

（2）毛管、輔管水頭損失計算。

式中：hf為多孔管沿程水頭損失，m；f為摩阻系數，取0.505；S為空口間距，m；So為多孔管進口至首孔的間距，0.15m；Sv為分流孔間距，0.3m；N為分流孔總數；qd為單孔設計流量，L/h；則輔管、毛管水利計算成果見表3。

表3 輔管與毛管水利計算成果表

3.4.8 水泵的選型

式中：H為設計水頭；ZP為高程580.1m；Zb為水源的設計水位高程540.1m；ho為進口設計水頭，該設計中取10m；為管道沿程水頭損失，計算結果為13.3+8.68（泵管沿程損失）=21.98m；為局部水頭損失，計算結果為1.33+8（首部局部損失）=9.33m；

計算得出，H=81.31m。

查水泵手冊，選擇200QSX50-95型潛水泵。

3.4.9 過濾器選型

經檢測，該井水質無機物含量為7mg/L，粒徑為60μm，選用離心+網式L W-60過濾器。

3.4.10 施肥罐選型

根據設計流量、化肥和化學藥物性質及經濟作物的灌溉要求，選用容積為100L的施肥罐。

3.4.11 壓力表與逆止閥選型

壓力表、逆止閥設計壓力應選用管網計算壓力的1.5倍，為1.0MPa。

3.4.12 水源工程

（1）水源井。水源井為為井徑D2000沉圈井，設計井深24m。沉圈混凝土標號為C15，厚度為12cm，內徑2000mm，高度為500mm，內部配置￠8鋼筋；出水滿足水泵流量50m3/h要求［6］。

（2）井房。修建井房1座，井房尺寸：4m（長）×3m（寬）×3m（高），面積12m2，墻寬 24cm，房頂采用現澆鋼筋混凝土澆筑。

（3）泄水井。泄水井采用干砌石形式砌筑。泄水井內徑1.4m，外徑2.0m，深1.9m，泄水井內鋪設0.4m砂石墊層用以緩沖水流的沖擊，泄水井上部采用0.2m厚現澆混凝土圈，并加置一個直徑1.5m，厚0.1m的井蓋［7］。

4 結語

2012～2015年朝陽縣節水增糧行動工程發展玉米膜下滴灌工程22.65萬畝，針對60個片區進行滴灌方式的建設，通過對朝陽縣大廟鎮大廟村玉米膜下滴灌工程典型地塊的設計與計算分析可以看出工程建設在選址、布局、設計上合理，工程建設切實可行。

參考文獻

［1］畢重薪.大石橋市節水增糧項目可持續性分析［J］.水利規劃與設計，2015（01）：39-40+82.

［2］王瑤.南票區節水增糧工程區域水文地質條件分析［J］.水利規劃與設計，2014（09）：37-38+54.

［3］張曉翠.金州新區高效節水灌溉工程研究［J］.水利規劃與設計，2015（01）：34-36.

［4］高原.改善農業生產條件推廣節水灌溉技術——建昌縣節水增糧工程探討［J］.水利規劃與設計，2015（01）：19-20+51.

［5］張艷麗.節水增糧工程效益分析與環境影響評價［J］.水利規劃與設計，2014（10）：10-11+58.

［6］叢梅梅.蓋州市節水增糧項目水資源配置工程可持續利用分析［J］.水利規劃與設計，2014（10）：18-20.

［7］項偉.海城市2013年節水增糧工程分析［J］.水利技術監督，2015（01）：46-48.

中圖分類號：S275.6

文獻標識碼：B

文章編號：1008-1305（2016）02-0089-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.036

收稿日期：2015-07-11

作者簡介：邵 帥（1986年—），男，工程師。