地下滴灌技術在農田水利建設中的設計與應用

肖懷璽

(新疆阿克蘇地區水利水電勘測設計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000)

推廣應用

地下滴灌技術在農田水利建設中的設計與應用

肖懷璽

(新疆阿克蘇地區水利水電勘測設計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000)

面對有限的水資源和日趨惡化的水環境，高效、節水、有利環境保護的地下滴灌技術日益受到重視，為了便于管理庫車縣齊滿鎮1388hm2的農田灌溉，文章提出了一套田間灌溉系統設計，包括對田間管網布置規模、滴灌設計滴頭選用及種植作物毛管極限長度和極限孔數的參數計算等方面進行了闡述，并通過實踐應用起到了很好的效果。

節水灌溉；地下滴灌技術；農田水利建設；滴灌系統設計

1 工程概述

滴灌是目前迅速發展的一種高效節水技術，其特點是灌水均勻，控制性好(包括控制灌水深度，范圍，灌水量)，節水效益顯著。不受風的影響，對士壤適應性好，可實現全自動控制，化肥，農藥，化控劑可隨水一同灌入，吸收率高，準確地將水份直接輸送到作物根部附近的土壤表面或土層中。

庫車縣2014年齊滿鎮1616.7hm2滴灌工程項目區總規劃面積1616.7hm2，灌溉面積1388hm2，均采用滴灌灌溉，水源為地表水和地下水，控制17個地表水滴灌系統，目的是為了節水、省工、增效，從而示范推廣節水灌溉新技術。

2 地下滴灌技術

地下滴灌技術就是在滴灌過程中，水通過地埋滴管上的灌水器緩慢滲入附近土壤，再借助毛細管作用或重力擴散到整個作物根層的灌溉技術。由于在灌溉過程中幾乎沒有水分蒸發損失，而且對土壤結構的破壞輕，防止雜草生長，在各項節水灌溉技術中，從理論上來說該項技術的節水增產效果最為明顯，而且便于農田作業和管理，特別適合于在我國西北地區干旱、高溫、風大的自然條件。

2.1 首部及田間系統設計

2.1.1 田間管網布置規模

根據項目區條田、林、路等分布情況，管網按地形條件布置，管網采用梳狀單向布置，控制區地勢西北高東南低，管網主要分為輸水干管、分干管、支管、毛管四級輸配水管。確定滴灌系統的結構為：首部→砂式+網式全自動反沖洗過濾器→施肥罐→主干管→分干管→支管→毛管→滴頭。干管、分干管為地埋管。

2.1.2 首部設計

2.1.2.1 泵房設計

泵房采用彩鋼板房，內布置有管道、閥門、過濾器和施肥箱等，房內布置力求簡單整齊，便于安裝、檢修和操作管理，機組布置呈一列式，板房面積為40m2。

2.1.2.2 過濾器選型

首部采用自動清洗網式過濾器，當過濾器水頭損失超過0.08-0.10MPa時進行反沖洗，以確保滴灌均勻度，根據系統流量選擇流量200-600m3/h的過濾器。

2.1.2.3 化肥注入器

設在自動反沖洗過濾器與出水干管之間。系統選用150L和300L兩種規格的化肥注入器。

2.1.2.4 控制、調節、安全設備選型

1)逆止閥和水表：設置在水泵出口，逆止閥規格為DN800，水表選用數字式。

2)壓力表：選用指針式壓力表，最大壓力1.0MPa。

3)進排氣閥：在自動反沖洗過濾器和干管高處各設置進排氣閥,規格為42zx-10型。

2.1.3 管網布置

1)毛管的布置：毛管采用單向布置，沿種植方向每一行設一條毛管。

2)支管布置：支管采用PE管，沿地面鋪設。沿坡度方向配水，支管近似垂直于毛管布置。

3)分干管布置：分干管采用UPVC管，地埋布設，管道埋深為管道外徑+0.9m，通過豎管給水栓向支管供水。各地塊布置的分干管之間相互協作灌溉。

4)干管布置：干管采用UPVC管，地埋布設，管道埋深為管道外徑+0.9m，通過三通給分干管供水。水源自首部泵房過濾后給干管供水，各地塊布置的分干管之間相互協作灌溉[1]。

2.1.4 田間細部設計

1)管溝：項目區歷年最大凍土深度90cm，干管埋入凍土層以下，為保證安全運行，確定干管管溝挖深為管道外徑+0.9m。

挖深斷面下口寬度為管徑+0.8m，按1∶0.3坡比開挖。

2)排水井：輸水管網因冬季需將水放空，故需在管網系統的低處設排水井。排水井為圓形定型樹脂結構，深1.8m，井蓋也為定型樹脂結構。

3)檢查井：為了安裝閘閥，控制水量，操作方便，在干管給分干管分水處設檢查井。排水井為圓形定型樹脂結構，深1.8m，井蓋也為定型樹脂結構。。

4)鎮墩及支墩：地埋管道均200m布設一個鎮墩，另外在管道變徑處及分干管末端布設鎮墩，鎮墩采用現澆混凝土結構，鎮墩采用C15混凝土。

5)出地樁設置：支管上每隔50m左右設一個出地樁。

2.2 滴灌系統設計

2.2.1 滴灌設計滴頭選用

2.2.2 小區允許水頭偏差的分配

系統以毛管和支管構成灌水小區，對于壓力補償式滴頭，允許水頭偏差分配給毛管[2]。

毛管允許水頭偏差為[Δh2]=[Δh]=10m

2.2.3 種植作物毛管極限長度和極限孔數的計算

為滿足通風要求及種植方向，沿毛管鋪設方向坡度較為均勻，系統坡度東西約為0.9‰,南北約為3/100～5/100，系統毛管的極限孔數的計算應該考慮南北地形坡降,坡比、將比計算如下：

2.2.3.1 毛管極限孔數

按《微灌工程設計規范》有關公式計算，計算過程如下：

計算降比

(1)

計算壓比

(2)

毛管極限孔數按《規范》C4.0.3，按下述方法確定極限孔數：

收入：丈夫每月收入3美元并積攢下來。每月除了留下30個銅板外都交給妻子。長子每月收入4-5美元，也都上繳給自己的母親。次子沒有收入，但也不需家里花錢供養。

1)順坡降比r>1時，計算P/n=INT(1+r0.571)

(3)

(4)

式中：J為沿毛管地形比降；d為毛管內徑，mm；k為水頭損失擴大系數，取1.1；f為摩阻系數，PE管取0.505；qd為單孔設計流量為；s為毛管上分流孔間距。

則根據公式進行極限孔數進行試算：

(5)

式中：Nm為毛管極限孔數；

2)逆坡時，r<1，則根據下式進行毛管極限孔數計算：

(6)

式中：Nm為毛管極限孔數。

2.2.3.2 毛管極限長度

毛管極限長度依據下式進行計算：

Lm=S(Nm-1)+S0

(7)

式中：Lm為毛管極限長度，m；S為毛管孔口間距；S0為毛管進口到首孔距離，取0.15m。

2.2.3.3 毛管水力計算

1)流量計算：一條滴灌帶的進口流量為其上出水口流量之和，即：

Q毛=Nq

(8)

式中：N為滴灌帶出水口數目；q為滴灌帶出水口流量，L/h，結合條田長度確定其實際平均鋪設長度、滴孔間距、灌水器設計工作流量進行計算。

2)毛管水頭損失計算：毛管針對不同的種植作物選用不同類型的滴灌管，并根據實際平均鋪設長度計算，其沿程水頭損失按多孔管計算：

(9)

式中：f為摩阻系數，查表取0.505；m為流量指數1.75；b為管徑系數4.75；K為擴大系數1.1(局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計)；N為出水孔個數；S為分水孔間距；S0為進水口至首孔的間距；qd為單孔設計流量。

2.2.3.4 支管水力計算

1)流量計算：

地面支管根據經濟管徑和經濟流速水力計算確定選用0.25MPaDE90或DE90防老化的薄壁PE管，壁厚1.6mm，根據本系統運行方式，支管流量為其上同時開啟的毛管流量之和，一條支管根據條田寬度不同,控制毛管根數[3]。

2)水頭損失計算：

采用多孔管計算其水頭損失：

則：

(10)

式中：s為滴灌帶間距；S0為進水口至首孔的間距。

其它符號意義同前則。

2.2.4 干管及分干管

1)流量計算：

分干管上每次開啟一條支管,其流量等于所開啟支管流量，任一干管段的流量等于該干管以下分干管流量之和。

2)水頭損失計算：

各級干管設計流量根據其運行方案確定，然后根據經濟流速預選管徑，然后計算系統各部分水頭損失，校核各管段壓力，最后確定干管實選管徑，本項目管材選用0.4MPa ，PVC管，其水頭損失按下式計算：

Hf=kf(Qm/db)L

(11)

式中：符號意義同前。

2.2.5 沿程水頭損失計算

系統支管管徑取de90mmPE管，內徑為80.4mm；則

(12)

式中：k為水頭損失擴大系數，取1.1；f為摩阻系數，0.505；S為毛管間距；S0為進水口至首孔的距離；q為毛管流量；N為毛管實際出水孔個數；Δh2為支管允許水頭偏差，m。

管道沿程水頭損失采用下式計算：

(13)

式中：hf為沿程水頭損失，m；f為摩阻系數，PVC-U管取0.464；Q為流量，L/h；m為指數，PVC-U管取1.77；L為管長，m；d為管道內徑，mm；b為指數，PVC-U管取4.77。

2.3 節點壓力均衡校核

本設計根據經濟流速預選管徑，然后計算系統各部分水頭損失，校核各管段壓力，最后確定各管段實選管徑，按系統最不利組合通過水力計算確定系統壓力,最后根據揚程及設計流量選泵型[4]。

3 展 望

面對有限的水資源和日趨惡化的水環境，高效、節水、有利環境保護的地下滴灌技術日益受到重視，高效節水工程建設解決的不僅是眼前的農業灌溉問題，同時也為構建和諧社會、推動社會主義新農村建設奠定了基礎。目前，我國地下滴灌技術的設計理論尚不能滿足實踐要求，由于土質差異、作物差異，需要合理確定不同土質、不同作物灌水技術指標；研究如何將地下滴灌節水灌溉工程和農業節水綜合技術合理結合。

通過地下滴灌工程技術參數(埋管深度、進口壓力、滴孔孔徑、孔距等)來調控水分、養分在土壤中的分布與運移、作物根系的分布與生長，使水肥的利用率和利用效率均得以提高，這些都是值得重視和迫切需要解決的問題。因此，需進一步對地下滴灌系統的特殊性和復雜性加以研究，充分發揮其諸多的優勢，為地下滴灌技術提供合理的理論依據，這對我國節水灌溉技術的發展有著十分重要的意義。

4 結 語

本滴灌工程項目建設實施可明顯緩解農業灌溉水缺水的矛盾，提高水資源利用率，提高農民收入，實現以精準灌溉、精準施肥等為主要內容的精準農業，同時為庫車縣發展高效節水灌溉技術過程中起到積極示范作用。

[1]蔡秀萍.滴灌技術在我國的應用發展前景[J].水利天地，2011(02)：67-68.

[2]李瑩瑩，李杰.淺談滴灌技術的優勢與存在的問題[J].民營科技，2010(05)：14.

[3]許智宗.簡要分析現階段我國應用的滴灌技術的優勢和問題[J].城市建設理論研究：電子版，2017(11)：90-92.

[4]張克翠.滴灌技術的應用[J].農業科技與信息，2009(03)：58-59.

1007-7596(2017)10-0127-03

S275

B

2017-09-18

肖懷璽(1983-)，男，陜西延安人，工程師，研究方向為水利水電工程設計。