結合實例探析滴灌工程設計

□楊巖巖　□楊　楠（原陽縣水利局）

結合實例探析滴灌工程設計

□楊巖巖□楊楠（原陽縣水利局）

隨著水資源的緊缺，供水矛盾的加劇，對于以農業為方的城市來說，提高農業用水的利用效率，緩解農業用水不足問題，是當前需要重點解決的技術問題。滴灌技術是農田水利工程中應用較為普遍的一種重要水技術，特別是應用在氣候干燥，水資源缺乏地區，應用效果會更理想。滴灌工程設計的合理性和科學性對滴灌技術應用的效果產生重要的影響，因此，需要對工程設計進行深入研究。文章以某市為例，對滴灌技術及優缺點進行介紹，并對滴灌工程進行科學設計。

農田水利；節水灌溉；滴灌系統；設計

0　引言

農田灌溉是保證農業生產的基礎，隨著水資源的日益短缺，人口與耕地矛盾突出，因此，就需要加強農田節水灌溉技術的研究，提高水資源的有效使用。在農田節水灌溉工程中，滴灌技術具有節水、灌水均勻、保持土壤結構、增產增效等方面的優點，因此現今成為應用較為普遍的一種技術。在滴灌技術應用中，灌溉設計及灌溉規劃是重要內容，因為其對水利工程的整體效益及作用的發揮具有決定性作用。

1　滴灌技術及優缺點

1.1滴灌技術

滴灌技術為一種先進、低壓節水的新型灌溉技術。這種技術是按照作物需水要求，將存在一定壓力的水通過低壓管道系統與安裝在毛管上的灌水器，以水滴的形式將水輸送至灌溉帶，均勻而又緩慢地滴入作物根區土壤中的灌水方法。

1.2滴灌技術優點

滴灌技術在應用過程中的優點如下：

1.2.1節水效果好

滴灌技術的應用大大提高水的利用率，其比地面灌溉節水1/3～1/2，比噴灌節水15%～25%，還能有效降低水分的蒸發。

1.2.2灌水均勻

用滴灌技術對作物進行灌溉，灌水均勻度可達80%～90%。

1.2.3農藥施用量少

滴灌技術可把化肥溶解后灌注入灌溉系統，由于化肥同灌溉水結合在一起，肥料養分直接均勻地施到作物根系層，保證農作物得到充足的水分和養分，降低農藥使用量，大大提高了肥料的有效利用率，進而提高了作物的品質。

1.2.4保持土壤結構

滴灌屬微量灌溉，水分是緩慢均勻地滲入土壤，能很好保持溫度和濕度，對土壤結構能起到保持作用，形成作物適宜的生長環境。

1.2.5增產增效

采用滴灌技術后，可大大提高作物的產量，和其它灌溉方式相比，可增產30%左右。

1.2.5節省勞力

滴灌技術的應用一般需要配有成套的機械化系統，因此可節省勞動力的投入，降低了生產成本。

1.2.6適應能力強

滴灌技術適應能力極強。適用于任何地形和土壤。

1.3滴灌技術缺點

滴灌技術在應用過程中的缺點有以下幾點：

1.3.1容易引起堵塞

如水中的泥沙、有機物質或是微生物以及化學沉凝物等容易引起堵塞，嚴重時會使滴灌整個系統無法正常工作，甚至報廢，也是當前滴灌應用中存在的最主要問題。

1.3.2會引起淺層土壤鹽分的積累

當在含鹽量高的土壤上進行滴灌或是利用咸水滴灌時，在濕潤區的邊緣會積累鹽分，嚴重有可能引起鹽害。

1.3.3造價較高

因為滴灌技術需要有成套的管道系統、自動化控制系統，因此造價會較高。

1.3.4限制根系的發展

作物的根系具有向水性，由于滴灌只濕潤部分土壤，這樣就會引起作物根系集中向濕潤區生長，會限制作物的生長范圍。

2　工程概況

某市是糧食主產區，但農業基礎設施較為薄弱，各類水利設施老化失修；項目區內農用機井多為20世紀六七年代建造，很多已到報廢年限，且分布不均、配套設施落后，供水能力已不能滿足建設高效節水灌溉和現代農業發展的需求，灌溉水利用系數低，水資源浪費現象突出。

近幾年來，隨著某市工農業的快速發展，大量超采地下水，地下水資源嚴重緊缺，地下水位急劇下降，年平均下降1.50m，局部超出2.00m，地下水埋深達85～114m以下，致使開采條件不斷惡化，打井深度愈打愈深，西部陵區現狀機井深度約100～120m，井數不斷增加，井灌機具不斷更新換代，機井報廢每年達100～150眼，灌溉周期由原來的7-10 d延長到15-25 d，井灌成本越來越高，年每畝水電費高達60元以上，一系列問題，嚴重制約著糧食穩產高產和當地農業快速發展、農民增收。因此，為解決水資源矛盾，提高水資源的利用率，采用滴灌進行灌溉。

3　滴灌工程設計

3.1設計依據

《微灌工程技術規范》（GB/T50485-2009），《機井技術規范》（SL/256-2000），《節水灌溉工程技術規范》（GB/T50363-2006）《節水灌溉工程實用手冊》（中國水利水電出版社）。

3.2灌水器選擇與毛管布置方式

選用內鑲壓力補償式滴灌管，內徑15.30mm，滴頭額定流量qa=2.20L/h，額定工作壓力100kPa，流態指數x=0.50，滴頭間距0.30m，濕潤直徑為0.60m，擬定毛管間距為1m。

3.2.1采用上述滴灌管，其滴灌強度p為

式中：qa—滴頭流量(L/h)；Sl—毛管間距(m)；Se—滴頭間距(m)。

計算可得p=7.30mm/h＜p允=15mm/h，符合規范要求。3.2.2滴管土壤濕潤比為

式中：P—土壤濕潤比(%)；Dw—濕潤帶寬度(m);Sl—毛管間距(m)；Se—滴頭間距(m)；

計算可得:P=94.20%＞80%，符合規范要求。

3.3網統布置與輪灌組劃分

系統允許的最大輪灌組數為：

式中：Nmax—系統允許的最大輪灌組數(個)；C—系統日最大運行時數(h)，根據規范及當地生產條件取13 h；T—灌水周期(d)；t—一次灌水延續時間(t)。

計算可得：Nmax=28個。

根據當地日光溫室實際情況，典型設計中大棚按棚長85m棚寬7m，棚內作物種植間距0.65m計算，采用毛管鋪設長度為7m，每個日光溫室共有128條毛管，可以計算出單個日光溫室設計流量：

根據機井出水量Q井=32m3/h，則同時可以進行滴灌的大棚數量N=Q井/Q棚=4.70（個），以4個大棚為一個輪灌組，整個滴灌區域面積為10 hm2，共約86個大棚，即22個輪灌組，系統允許的最大輪灌組數為28個，所以整個滴灌區域1眼井可滿足灌溉需求。

3.4滴灌管網水力計算

3.4.1干管管徑及干管水量計算

以最不利工況確定干管直徑，干管長度為500m，采用經濟流速法來計算。當動力為電動機時，按下式計算：

式中：—經濟管徑(mm)；—設計流量(m3/h)，Q=32m3/h；V—經濟流速（m/s），V=1.50m/s。

由上式計算可得：D=86.88mm，初選干管徑采用φ90、壁厚3.50mm、公稱壓力0.80MPa的UPVC硬管。

3.4.2支管管徑與支管進口水頭計算

每條支管單側控制128條毛管，每條毛管的流量為59.40L/h，相當于每條支管上有128個出水口，每個出水口的流量為59.40L/h，則每條支管的流量為59.40 L/h×128=7.60m3/h，每條支管長135m。擬定支管管徑為φ50的PE管，壁厚2.90mm,則：

每條支管的沿程水頭損失為

式中：hf支—支管沿程水頭損失(m)；Q—流量(m3/h)；d—管道內徑(mm)；L—管道長度(m)；F—多口系數，取0.37；—沿程水頭損失摩阻系數，取0.95×105；—流量指數，取1.77；—管徑指數，取4.77。

由上式計算可得：

每條支管的沿程水頭損失為：hf支=1.47m。

3.4.3干管的沿程水頭損失為：

式中：hf干—干管沿程水頭損失(m)；Q—流量(m3/h)；d—管道內徑(mm)；L—管道長度(m)；—沿程水頭損失摩阻系數，取0.95×105；—流量指數，取1.77；—管徑指數，取4.77。

由上式計算可得：

干管的沿程水頭損失為：hf干=12.60m；

3.4.4干管局部水頭損失

干管的局部水頭損失可按沿程損失的10%考慮，則：

式中：hf干—毛管沿程水頭損失(m)；hw干—毛管局部水頭損失(m)。

由上式計算可得每條支管的局部水頭損失為：

3.4.5干管實際水頭損失干管的實際水頭損失為：

由上式計算可得：

則干管進口水頭為：

3.5水泵揚程及選型

如果首部樞紐水頭損失（包括過濾器、控制閥、施肥裝置、泵管等）為：h首部=5m,則水泵總揚程為：

式中：Zd—干管進口處地面高程（m）；Zs—機井動水位（m）；

由上式計算可得：H=24.13+5+30=59.13m。

則：選用水泵型號為200QJ32-65/5，其性能參數為Q=32m3/h，H=65m，配套電機功率9.20kW。

4　滴灌工程設計時應該注意的問題

第一,滴灌工程進行設計時對管線的選擇要依據工程的概況和項目區的特點,對管線選擇時,要選擇壁厚均勻管線，且管道的抗堵塞性能要強，毛管外徑管線也要選擇合理的。

第二，對滴頭的要求是流道順暢，要避免滴頭堵塞的問題。

第三，滴灌管線要進行合理布置及敷設，設計時要把滴灌工程的施工方便及農作物的影響問題考慮在內。

第四，對滴灌工程進行設計時，要盡量選擇經濟型滴灌系統設計方案，因為要考慮到工程造價的問題。

5　結語

綜上所述，從目前的農業生產需求及水資源分配狀況來看，采用滴灌溉技術不但解決灌溉問題，還可以提高農業抗御自然災害能力，促進農業增產、增效，農民收入大幅度增加，從而減輕了農民負擔，有效促進了農村經濟的持續穩定地發展。

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（責任編輯：劉青）

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