李家振 吳  楓

（徐州市山區(qū)節(jié)水灌溉示范基地管理處  江蘇徐州  221000）

摘 要：半固定噴灌灌溉技術(shù)是主要的節(jié)水灌溉技術(shù)之一，大面積種植經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)應(yīng)用半固定式噴灌灌溉非常普遍，半固定式噴灌灌溉系統(tǒng)應(yīng)如何進(jìn)行工程優(yōu)化設(shè)計，才能發(fā)揮較好投資效益，筆者通過在新沂市草橋鎮(zhèn)半固定式噴灌灌溉工程的設(shè)計實踐就此問題進(jìn)行了研究探討。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田灌溉　半固定式噴灌　 應(yīng)用  節(jié)水灌溉

0 引言

半固定式噴灌系統(tǒng)常用于大田作物。該系統(tǒng)主要特點是：水泵和輸水干管固定，而支管和噴頭則可移動。移動的方式有人力搬移、滾移式，由拖拉機(jī)或絞車牽引的端拖式，由小發(fā)動機(jī)驅(qū)動作間歇移動的動力滾移式、絞盤式以及自走的圓形及平移式等。目前，徐州地區(qū)大多采用人力搬移移動方式。其投資比固定式噴灌系統(tǒng)少，噴灌效率較移動式噴灌系統(tǒng)高。

1 基本情況

新沂市草橋鎮(zhèn)半固定式噴灌工程，灌區(qū)田塊南北長246m，東西長417m，由四個小灌區(qū)組成，本期工程實施其中三個小區(qū)，面積為110畝。灌區(qū)內(nèi)地形平坦，土質(zhì)為砂壤土，種植作物以蔬菜為主。考慮到本區(qū)所植作物需水量大，且經(jīng)濟(jì)價值較高，規(guī)劃采用半固定噴灌灌溉形式。

2 設(shè)計依據(jù)

  《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》GBJ85-85 《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》SL207-98

3 系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計

3.1噴灌系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計參數(shù)的確定: ⑴ 灌溉水利用系數(shù) η =0.85; ⑵ 灌水均勻度 Cu=85%; ⑶ 設(shè)計耗水強(qiáng)度為6mm。

3.2 擬定灌水定額與灌水周期

1)灌水定額：m=100Υh(β₁-β₂)1/η

式中：m―設(shè)計灌水定額，mm；Υ―土壤容重，kg/cm³，取0.00132 kg/cm³；h―計劃濕潤層深度，cm，取30cm；  β₁―適宜土壤含水量上限(重量百分比)，取田間持水率的100%； β₂―適宜土壤含水量下限(重量百分比)，取田間持水率的80%；η―噴灑水利用系數(shù)，取0.85。

將以上數(shù)據(jù)代入上式，計算得：m=100×0.00132×30(1.0-0.8)×28/0.85=26(mm)取m=26mm

2)灌水周期：T= mη/ Ea

式中：T―設(shè)計灌水周期，d；Ea―日需耗水量，取6mm；η―噴灑水利用系數(shù)，取0.85

計算得：T=26/6×0.85=3.68(d)  取T=3d

3.3系統(tǒng)總體布置及噴頭選型

1)選擇噴頭：噴頭選用PY₁系統(tǒng)搖臂式噴頭，型號為PY₁15sh，噴嘴直徑為7mm，選取設(shè)計參數(shù)如下：工作壓力H_p=300Kpa，噴頭流量q=2.96m³/h，最大射程R=18m，單噴頭噴灌強(qiáng)度ρ_s=2.92mm/h；該噴頭霧化指標(biāo)為：P_d=100H_p / d =100×300/7=4286，根據(jù)《規(guī)范》適宜的霧化指為4000-5000，可見所選噴頭霧化指標(biāo)符合《規(guī)范》要求。

2)確定噴頭組合間距：本區(qū)風(fēng)向多變，平均風(fēng)速1.8m/s，因此噴頭布置采用正方形組合形式，按噴灌均勻度不低于0.80的要求，間距系數(shù)《規(guī)范》1.0，則：a=b=18×1=18(m)

3)校核噴灌強(qiáng)度：組合噴灌強(qiáng)度為 ρ= 1000q / ab=1000×2.96/ 18×18=9(mm)，根據(jù)《規(guī)范》，砂壤土最大允許噴灌強(qiáng)度為15mm/h，故設(shè)計噴灌強(qiáng)度符合《規(guī)范》要求。

4)系統(tǒng)布置：總體采用二級管道布置，支管采用單“非”字形布置，灌區(qū)采用區(qū)內(nèi)清水井作為灌溉水源，干管從水源井向北鋪設(shè)，沿線每隔18米設(shè)一閥門井，移動支管垂直干管沿東西向布置。整個灌區(qū)共有噴灌點208個，設(shè)計每條移動支管可布置5-11個噴頭，整個灌區(qū)移動支管噴灌位設(shè)為18個，。

3.4擬定工作制度

1)在一個噴點上的噴灑時間：t=abm/1000q，式中，t―噴頭在一個噴點上的噴灑時間，h；a―噴頭間距，取18m；b―支管間距，取18m；m―設(shè)計灌水定額，取26mm；q―噴頭流量，取2.96 m³/h；將以上數(shù)據(jù)代入上式，計算得：t=18×18×26/1000×2.96=2.85(h)，取=3h。

2)噴頭每日可工作的噴點數(shù)：n= t_r/ (t+t_y)，式中：n―噴頭每日可工作的噴點數(shù)；t_r--噴頭每日噴灌作業(yè)時間，取12h；t_y―移動支管時間，取1；將以上數(shù)據(jù)代入上式，計算得：n=12/4=3個。

3)計算每次同時工作的噴點數(shù)：n_p=N/(n?T)，式中：n_p―每次需要同時工作的噴點數(shù)，個；N―噴灌區(qū)內(nèi)移動支管噴灌位總數(shù)，18個；T―設(shè)計灌水周期，取3d。代入數(shù)據(jù)計算得：n_p=18/(3×3)=2 (個)，即每次輪灌需要2條移動支管（帶11個噴頭）工作即可。

3.5擬定輪灌順序

輪灌時，考慮到承包農(nóng)戶較多，供水具有隨機(jī)性，本設(shè)計考慮最佳輪灌組合，以最不利因素考慮。

3.6干、支管流量推算

每條支管有11個噴頭工作，每個噴頭的流量為2.97m³/h，即每條支管的流量為32.67m³/h，每一輪灌組有2條支管工作，故干管流量為67.94m³/h。

3.7管道選擇

1)支管選擇：每區(qū)配四套移動支管（含立管、噴頭、支架等）。為使支管首末兩個噴頭工作壓力之差應(yīng)在噴頭設(shè)計工作壓力的20%以內(nèi)，滿足這一要求的各區(qū)每套支管的最小管徑計算公式為：

   D_min =[1.1fLQ^mF/（20%H_P－ΔZ）] ^1/b

F= {[N(1/(m+1)+1/2N+(m-1)^1/2/6N²) －1+X｝/( N－1＋X),式中：f―摩阻系數(shù)，取0.948×10⁵；L―管長，取192m；Q―流量，取32.67m³/h；m―流量指數(shù)，取1.74；b―管徑指數(shù)，取4.74；F―多口系數(shù)；X―多孔支管首孔位置系數(shù)，取0.5；N―噴頭數(shù)，取11只。

經(jīng)計算，F=0.384，將以上數(shù)據(jù)代入上式，計算得：D_min=70.13(mm)，選擇φ76 mm×0.6MPax 鋁管。其內(nèi)徑為72.6mm，大于70.13mm，符合技術(shù)設(shè)計要求。

2)干管選擇: D_經(jīng) =1.13(Q/ 3600V_經(jīng))^1/2,式中：Q―流量，取67.94m³/h；V_經(jīng)―經(jīng)濟(jì)流速，2.3m/s；計算得D_經(jīng)=0.102 (m)=102(mm)。即選擇φ110PVC管材，其內(nèi)徑為103mm。

3.8水力計算

1)支管入口壓力水頭：本設(shè)計中因最大水頭損失產(chǎn)生在支管末端噴頭，所以應(yīng)該用末端噴頭入口壓力作為計算基礎(chǔ)。立管選用內(nèi)徑為Ф33mm，長度為1m的鋁管。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ85-85，末端噴頭工作壓力水頭以設(shè)計壓力的90%計，噴頭的工作水頭以豎管上距噴頭進(jìn)口0.2m處的壓力水頭計。用下式計算支管入口壓力：H_支=h_f′+△Z+0.9h_P,式中：H_支--支管入口壓力水頭，m；h_f′--支管及站桿水頭損失，m；h_p―噴頭設(shè)計工作壓力水頭，m；△Z―支管入口地面高程到工作壓力最低的噴頭進(jìn)水高程差，取0。

因此，支管入口壓力水頭為：H_支 = 0.9×30+(1.0-0.2)+ 1.1×0.384×0.948×10⁵×192×32.67^1.74/ 72.6^4.74  + 1.1×0.861×10⁵×0.8×2.97^1.74/ 25^4.74  = 32.93(m)。

2)干管入口壓力：干管流量67.94m³/h，最不利工況為移動支管離水源最遠(yuǎn)端，計算管長226m，由公式：H_干 =kf L Q^m / D^b，計算得h_干=10.33m。即干管入口壓力h_干=32.93+10.33=43.26(m)。

3)系統(tǒng)總揚程：H=H_干+△H+h_動水位，式中：H―系統(tǒng)總揚程，m；△H―水泵、吸水管及首部設(shè)備的水頭損失，假定為2m；h_動水位 --水源動水位，取15m。經(jīng)計算：H=43.26+2+15=60.26(m)。

3.9水泵選型

根據(jù)系統(tǒng)總揚程H=60.26(m)，流量67.94m³/h，查水泵性能表，選用200QJ63―60/5電泵，配套電機(jī)功率18.5KW。

3.10首部樞紐設(shè)計和管網(wǎng)設(shè)計

1)噴灌系統(tǒng)的首部樞紐設(shè)備包括：水泵、變頻調(diào)速器、過濾器、閘閥、逆止閥等，各種設(shè)備的選用如下：①水泵。選用200QJ32―65/5電泵，電機(jī)功率11KW；②過濾器。選用4″篩網(wǎng)式全塑過濾器；③壓力表，壓力表用彈簧壓力表；④逆止閥。逆止閥采用規(guī)格為Ф100。

2)噴灌管網(wǎng)由干管、移動支管兩級管道組成，在水源井的兩端設(shè)置控制閥，在干管的末端設(shè)置沖洗閥。在干支管的拐彎處，末端應(yīng)設(shè)置固定墩。干管埋深0.80m。

4 結(jié)束語

工程采用該設(shè)計方案進(jìn)行施工安裝，竣工后灌溉效果比較理想。鑒于徐州市目前大田蔬菜種植面積規(guī)模較大，推廣應(yīng)用半固定式噴灌系統(tǒng)節(jié)水灌溉技術(shù)前景廣泛。科學(xué)合理的工程設(shè)計，不僅利于工程實施階段的效益優(yōu)化，而且為工程建成后的日常管理應(yīng)用提供了方便，從而為地區(qū)大面積推廣節(jié)水灌溉技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

作者簡介：李家振,1980年，男，漢族，江蘇徐州人，工學(xué)學(xué)士，高級工程師。地址：徐州市山區(qū)節(jié)水灌溉示范基地管理處