滴灌高效節(jié)水灌溉技術(shù)在山丘區(qū)茶園中的應(yīng)用

楊 萌，王 輝，夏海波

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南 250014；2.山東省淮河流域水利管理局規(guī)劃設(shè)計院，山東 濟南 250100）

滴灌高效節(jié)水灌溉技術(shù)在山丘區(qū)茶園中的應(yīng)用

楊 萌1，王 輝2，夏海波1

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南 250014；2.山東省淮河流域水利管理局規(guī)劃設(shè)計院，山東 濟南 250100）

結(jié)合山丘區(qū)茶園滴灌工程的實際應(yīng)用，系統(tǒng)分析、計算了整體滴灌工程的設(shè)計，優(yōu)化整套灌溉系統(tǒng)，確保了工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮了滴灌技術(shù)的作用，為類似工程設(shè)計提供參考價值。

滴灌；農(nóng)田水利；山丘區(qū)；高效節(jié)水

本次茶園項目區(qū)位于山東省中部山丘區(qū)，總面積850 hm2，工程實施的項目區(qū)面積為66.7 hm2，以種植菊花為主，歷年來廣泛以地面灌為主要灌溉方式。本區(qū)域降雨時空分布不均，常出現(xiàn)春旱，不利于菊花茶的種植和生長。經(jīng)過全面分析論證，為實施菊花茶高效節(jié)水示范園建設(shè)，選擇滴灌作為本次項目區(qū)農(nóng)作物的灌溉方式，較大程度地解決項目區(qū)水利設(shè)施配套及灌溉用水問題。根據(jù)項目區(qū)地形、地塊方向及水源等條件，結(jié)合項目區(qū)農(nóng)作物的生長特性，將項目區(qū)劃分為2個地塊，每地塊面積約為33.3 hm2，主要建設(shè)內(nèi)容包括提水泵站、高位蓄水池、輸水管道及田間管網(wǎng)等。

1 工程設(shè)計

項目區(qū)屬于丘嶺區(qū)，海拔235～264 m，土壤以棕壤土為主，土層厚度0.4～0.8 m，田間持水量約為40%。灌溉水源為塘壩，在塘壩邊建泵站提水到高位蓄水池自流供水，由有壓管道（干管、支管和毛管）自流入灌區(qū)進(jìn)行灌溉。

1.1 最大凈灌水定額

最大凈灌水定額按 《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）中的計算公式為：

式中：m 為設(shè)計灌水定額，mm；θmax、θmin為適宜土壤含水量上、下限（占干土重的百分比）；θmax=22.5%，θmin＝16.25%；z為計劃濕潤土層深，取40 cm；p為土壤濕潤比，根據(jù)實際計算為57.14%；γ 為土壤容重，1.38 g/cm3。

經(jīng)計算，m=19.71 mm，即 197.25 m3/hm2。

1.2 設(shè)計灌水周期

最大灌水周期按下式計算：

經(jīng)計算，T=4.93，取 T=5 d。

一次灌水延續(xù)時間按下式計算：

式中：Se為滴頭間距，根據(jù)設(shè)計指標(biāo)取0.3 m；Sl為毛管間距，根據(jù)設(shè)計指標(biāo)取1.4 m；qd為灌水器流量，根據(jù)實際狀況選用3.0 L/h。

經(jīng)計算：t=3.07 h。

1.3 系統(tǒng)工作制度

輪灌組數(shù)N按下式計算：

式中：N為輪灌組數(shù)目；C為每天能工作的時間，h； 取 C＝20 h；t為一次灌水延續(xù)時間，h；T 為灌水周期，d；取 T＝5 d。

經(jīng)計算：N＝32.57≈33 個。

根據(jù)系統(tǒng)管網(wǎng)布置情況，考慮到灌水與其他農(nóng)業(yè)技術(shù)措施相結(jié)合的問題，并使系統(tǒng)有足夠的停水維修時間，劃分為33個輪灌組，布置干管1條，分干管4條，支管99條，每個輪灌組包括3條支管。

1.4 灌溉管道選擇與布置

根據(jù)滴灌技術(shù)的實施經(jīng)驗及其產(chǎn)品的特性，項目區(qū)干、支管選用PE管。根據(jù)項目區(qū)作物的種植特點，本次設(shè)計選用具有一定工作壓力又能滿足小流量灌溉的壓力補償式滴灌管作為微灌灌水器。內(nèi)鑲式滴灌管（補償式）選用外徑16 mm，滴頭間距為0.3 m，壁厚0.6 mm，灌水器和滴灌管為一整體，滴頭鑲在管內(nèi)的PE滴灌管。設(shè)計工作水頭Hd=0.1 MPa時，單滴頭設(shè)計流量3.0 L/h。

1.5 微灌管網(wǎng)系統(tǒng)布置

毛管布置采用每行菊花布置一條毛管，根據(jù)實際地長和最大鋪設(shè)長度確定每條毛管長度，從支管將灌溉水通過旁通管連接滴灌管送至畦中。共布設(shè)干管1條，支管4條，滴灌管402條，滴灌管平均間距為1.4 m，單根滴灌管長為60 m。滴灌管與支管之間通過旁通連接可快速拆卸，方便耕作管理。

1.6 系統(tǒng)流量計算

1）滴灌管流量：

式中：Q毛為一條滴灌管的進(jìn)口流量，L/h；L毛為一條滴灌管的長度，根據(jù)現(xiàn)場實際情況取平均長度60 m；c為滴頭間距，取0.3 m。

經(jīng)計算：Q毛＝600 L/h。

2）支管流量：

式中：Q支為一條支管的進(jìn)口流量，m3/h；N為滴灌管條數(shù)，48條。

經(jīng)計算：Q支＝28.80 m3/h

3）管徑確定：

經(jīng)計算：支管管徑d=82.38 mm，選用外徑90 mm的PE管。

1.7 供水管網(wǎng)水力計算

1）供水管網(wǎng)水力計算：選取最不利輪灌組進(jìn)行管網(wǎng)水力計算，由于蓄水池為高位蓄水池，最不利管網(wǎng)選取種植地面高程與蓄水池出水口高程高差最小的地塊。選取最不利輪灌組進(jìn)行計算：

式中：hf為無多口出流管道沿程水頭損失，m；ht為多口管沿程水頭損失，m；k為水頭損失擴大系數(shù)，取1.1；f為摩阻系數(shù)；L為計算管道長度，m；Q為管道設(shè)計流量，m3/h；d為管道內(nèi)徑，mm；m 為流量指數(shù)，取1.77；b為管徑指數(shù)，取4.77；F為多口系數(shù)；N為出口數(shù)目；X為進(jìn)口端至第一個出水口的距離與孔口間距之比。

計算得：F=0.36；微灌管水頭損失：h毛＝2.17 m；支管水頭損失：h支＝0.87 m；干管水頭損失：h干＝2.64 m；則系統(tǒng)壓力：H＝17.82 m。

1.8 增壓水泵選型

根據(jù)設(shè)計流量86.4 m3/h及總揚程17.82 m，考慮砂石過濾器進(jìn)口工作壓力不低于13 m水頭。結(jié)合管道增壓泵型號，選用管道加壓泵，參數(shù)詳見表1。為保護(hù)水泵及供水質(zhì)量，在水泵處設(shè)置一臺變頻設(shè)備。

表1 增壓泵參數(shù)表

1.9 水肥一體化滴灌首部和控制系統(tǒng)

水肥一體化滴灌首部控制系統(tǒng)安裝于泵房處，從水泵樞紐（閘閥、壓力表、逆止閥、進(jìn)排氣閥等）后連接自動反沖洗砂石過濾器、自動反沖洗疊片過濾器、水表、智能三通道施肥等設(shè)備。

2 注意事項

首先應(yīng)根據(jù)工程特點選擇合理的管道，管道壁厚應(yīng)均勻；選擇合理的毛管，且管道的抗堵塞性能也要強，設(shè)計時應(yīng)重點考慮如何避免滴頭堵塞的問題。設(shè)計時還應(yīng)考慮工程方便施工及降低對農(nóng)作物影響，對滴灌管線進(jìn)行合理布置及敷設(shè)。最后，設(shè)計時還應(yīng)充分考慮工程造價，盡量選擇經(jīng)濟合理的滴灌系統(tǒng)。

3 結(jié)語

滴灌工程的實施，不僅能有效提高水的利用率，還能改善作物的生長條件，是一種值得推廣的灌溉方式。設(shè)計時應(yīng)積極借鑒成功的工程案例，結(jié)合工程特點和實際情況，盡量選擇科學(xué)、合理、經(jīng)濟的滴灌工程設(shè)計方案，以保證滴灌技術(shù)的順利實施。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

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1009-6159（2017）-10-0086-02

楊萌（1984—），男，工程師