李家振

（徐州市山區(qū)節(jié)水灌溉示范基地管理處  221000）

摘  要：小管出流灌溉技術(shù)是主要的節(jié)水灌溉技術(shù)之一，果園應(yīng)用小管出流灌溉非常普遍，小管出流灌溉系統(tǒng)應(yīng)如何進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，才能達(dá)到要求，筆者在徐州市漢王鎮(zhèn)果園基地節(jié)水灌溉項(xiàng)目實(shí)施中就此問題進(jìn)行了研究探討。

關(guān)鍵詞：果園　小管出流　節(jié)水灌溉

0  引言

小管出流灌溉系統(tǒng)主要針對(duì)國(guó)產(chǎn)節(jié)水灌溉微灌系統(tǒng)在使用過(guò)程中，灌水器易被堵塞的難題和農(nóng)業(yè)管理水平不高的現(xiàn)實(shí)，打破微灌灌水器流通的截面通常尺寸，而采用超大流道，以Φ4PE塑料小管代替微管滴頭，并輔以田間滲水溝，形成一套以小管出流灌溉為主體的符合實(shí)際要求的微灌系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有堵塞問題小，水質(zhì)凈化處理簡(jiǎn)單；施服方便；省水；適應(yīng)性強(qiáng)；操作簡(jiǎn)單，管理方便等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)特別適合于果樹灌溉。

1  基本情況

    果園基地灌區(qū)位于徐州市漢王鎮(zhèn)境內(nèi)，基地田塊南北長(zhǎng)300m，東西長(zhǎng)400m，總面積180畝，地勢(shì)平坦，土質(zhì)為砂壤土。種植作物為杏樹、桃樹及石榴等果樹。作物株距4m，行距4m，每行37棵果樹（150m/行)，共200行。考慮到本區(qū)長(zhǎng)期缺水，灌水較為頻繁，灌區(qū)擬采用小管出流節(jié)水灌溉技術(shù)模式。 

2  工程方案

2.1  工程布置

根據(jù)漢王鎮(zhèn)果園基地的總體規(guī)劃，發(fā)展小管出流灌溉面積180畝。為了減少輸水損失，在灌區(qū)的中間打機(jī)井1眼，作為灌溉水源。系統(tǒng)首部樞紐布置在水源附近，用一干管將壓力水流輸送進(jìn)微灌管網(wǎng)。

2.2  管網(wǎng)布置

2.2.1毛管與小管布置：果樹株距4m，行距 4m，南北向種植。毛管沿作物行向布置，毛管間距4m，小管間距4m。本系統(tǒng)毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度150m，每條毛管上有37個(gè)小管。

2.2.2干、支布置：干管從水源井東西向布置，支管和干管平行。干管和支管都垂直于作物種植方向。

2.2.3控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)裝置：在水泵的出口處安裝逆止閥。各支管進(jìn)口處安裝控制閥門，在干管和支管的首端安裝進(jìn)、排氣閥，在每條支管的末端要安裝沖洗排污閥。

2.3  灌水器選擇

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)灌水器的種類和水力性能，擬選用直徑D=4mm的PE管，PE管的流態(tài)指數(shù)X=0.7，在毛管和PE管之間安裝穩(wěn)流器，保證工作水頭在10―30m之間時(shí)，出水流量為q=30L/h，PE管長(zhǎng)度L=1.5m。

2.4  工程技術(shù)參數(shù)

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該地實(shí)際情況，該系統(tǒng)采用如下設(shè)計(jì)參數(shù)：工程設(shè)計(jì)保證率為90%；設(shè)計(jì)日耗水量Ea=5mm/d；土壤濕潤(rùn)比p=30%；設(shè)計(jì)灌水均勻度Cu=95%；灌溉有效利用系數(shù)η=0.9。

3  小管出流灌溉制度設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.1  一次灌溉用水量計(jì)算

    設(shè)計(jì)一次灌水量由下式計(jì)算： I =β(F_d-W_o)ZP/1000

    式中：I―一次灌溉用水量，mm；β―土壤中允許消耗的水量，以占土壤有效含水量的比例計(jì)，取50%；F_d―田間持水量，占土體12%；W_o―土壤調(diào)萎含水量占土體4%；Z―計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，取1.1m；P―土壤濕潤(rùn)比，為30%。

    將以上數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算求得設(shè)計(jì)一次灌水量 I = [50×(12-4)×1.4×30]/1000 = 16.8(mm)

3.2  設(shè)計(jì)灌水周期的計(jì)算

    兩次灌水之間的時(shí)間間隔為灌水周期，計(jì)算公式為：  T = I/ Ea   式中：Ea―微灌日耗水強(qiáng)度，Ea=4mm/d；T―輪灌周期，d。將I和Ea值代入公式，計(jì)算得： T = 16.8/4 =4.2(d)  取T=4d。

3.3  一次灌水延續(xù)時(shí)間計(jì)算

t = IS_eS_L /ηq    式中：t― 一次灌水延續(xù)時(shí)間，h；I― 一次微灌用水量(mm)，取16.8mm；s_e―灌水器間距(m)，取4m；s_L―毛管間距(m)，取4m；η―灌溉水利用系數(shù)，η=0.9；q―灌水器流量(L/h)，取30L/h。將以上數(shù)據(jù)代入上式,計(jì)算得： t = 16.8×4×4 /（0.9×30） = 10(h) 。     

3.4  輪灌組數(shù)的確定

    為了使每個(gè)輪灌組灌水時(shí)水泵出水量基本相等，壓力比較均勻，縮小管徑，降低工程投資，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用輪灌工作制度。即根據(jù)實(shí)際支管情況，對(duì)支管實(shí)行分組輪流供水，每次灌溉只有一條支管工作。輪灌組數(shù)計(jì)算如下：  N = CT / t

    式中：C― 每天灌溉時(shí)間，取C=20h； 將以上數(shù)據(jù)代入上式，則輪灌組數(shù)目： N = 20×4 /10 = 8(組)   

4  灌溉系統(tǒng)流量推算

4.1  毛管流量推算：  一條毛管的進(jìn)口流量為   Q′_毛 = qL_毛/S   式中：q―毛管出水口流量，q=30L/h； L_毛―毛管長(zhǎng)度，L_毛=148m； S_毛―毛管上出水口間距，S=4.0m。 將以上數(shù)據(jù)代入上式，計(jì)算出各條毛管的流量為： Q′_毛 = 30×148/4 = 1110(L/h)。               

4.2  支管流量計(jì)算

                      n

    一條支管的流量為Q_支 = ΣQ_毛，每條支管為雙向控制。

                     i=1

    每條支管控制25條毛管，左邊控制13條，流量為14430l/h；右邊控制12條，流量為13320L/h。

4.3  干管流量推算：干管流量Q_干 = Q_支 =14430+13320=27750(L/h)。

5  系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算

5.1  毛管水力計(jì)算

5.1.1  毛管管徑的選擇

    根據(jù)本灌區(qū)所確定的灌溉均勻度Cu=95%，或流量偏差率q_v=0.2，小管流態(tài)指數(shù)X=0.7，Φ4PE小管設(shè)計(jì)工作水頭h_d=10m。按下式計(jì)算一條毛管上灌水器的允許工作水頭偏差率H_V為：

 H_V = 1 / X ×q_v[1+0.12×（1-X） /X×q_v]=1/0.7 ×0.2[1+0.12×(1-0.7)/0.7×0.2] =0.29

    取D=20mm，可用下式求得，毛管允許的最大孔數(shù)N_m=[(m+1)h_dH_v / Kasq_d^m]^1/(m+1)+0.52        

    式中：K―局部損失加大系數(shù)，取1.1；S―出水口間距，取4m；q_d--毛管單孔出水量，取30L/h；a―系數(shù)，a =1.006×10^-5D^{-(0.123LgD+4.885)}=3.14×10^-7；m―指數(shù)，m=1.753(D/2.5)^0.018=1.746；h_d―設(shè)計(jì)水頭，取10m。將以上數(shù)據(jù)代入上式得： N_m=[(1.746+1)×10×0.29/（1.1×3.14×10^-7×4×30^1.746）]^1/(1+1.46)+0.52=37(個(gè)) 。      

    則毛管允許的最大長(zhǎng)度L_m=N_mS=37×4=150(m)。由于該地塊毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度為150m，滿足設(shè)計(jì)要求，故取D=20mm符合設(shè)計(jì)要求。

5.1.2  毛管進(jìn)口壓力h_o計(jì)算

    毛管沿樹行平行布置，灌水器最大工作壓力水頭在毛管進(jìn)口處第一個(gè)出水口處。進(jìn)口壓力h_o計(jì)算由式h_o=h_max+ka(Nq_d)^mS_o；式中：h_max―灌水器最大工作水頭；S_o―毛管進(jìn)口到第一個(gè)出水口距離。

h_o=h_max+ka(Nq_d)^mS₀=12.24+1.1×3.14×10^-7(37×30)^1.746×2=12.38(m)。

5.2  系統(tǒng)總揚(yáng)程的確定與水泵選擇

    經(jīng)比較，離干管最遠(yuǎn)的輪灌組，為最不利工作情況，因此，根據(jù)該輪灌組工作時(shí)的情況推求系統(tǒng)總揚(yáng)程。

5.2.1  支管水頭損失計(jì)算

    假定支管用Φ50PVC管，則支管內(nèi)徑D=46mm，用下式計(jì)算支管沿程水頭損失。                                                    

    h_干= KfSq_d^m / d^b [（N+0.48)^m+1）/（  m+1） - N^m(1- S_o/ S)]                                              

式中：h_干―等距多孔管沿程水頭損失，m；S_o―多孔管進(jìn)口至首孔的間距，m，取2m；N―分流孔總數(shù)，取13個(gè)；            q_d―單孔設(shè)計(jì)流量l/h，取1110L/h；m―流量指數(shù)，取1.77；b―管徑指數(shù)，取4.77； f―摩阻系數(shù)，取0.464；d―管內(nèi)徑，mm，取d=57mm。 把以上數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得：

  h_干=1.1×0.464×4×1110^1.77/46^4.77[(13+0.48)^1.77+1/ （1.77+1）- 13^1.77(1- 1/2)]=2.58(m)。     

5.2.2  干管水頭損失

    假定干管用Φ90PVC管材，則干管內(nèi)徑d=84mm，干管水頭損失用下式計(jì)算： h_干=kf Q^m / d^b L ；式中f=0.464，m=1.77，b=4.77，Q=27750L/h，L=210m。 將以上數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得：h_干=1.1×0.464×27750^1.7 /84^4.777×210=5.20(米)。

5.2.3  系統(tǒng)總揚(yáng)程

H=H_干+H_支+h_o+△H+h_{動(dòng)水位}  式中：H―系統(tǒng)總揚(yáng)程；△H―水泵、吸水管及首部設(shè)備的水頭損失，假定為4米；h_{動(dòng)水位}―水源動(dòng)水位，取6米。 將以上數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得：  H=5.2+2.58+12.38+4+6=31.85(米)。

5.2.4  水泵選型

    根據(jù)系統(tǒng)揚(yáng)程H=31.85m，流量27.750m³/h，查水泵性能表，選用150Q32-36/6電泵，電機(jī)功率5.5kw。通過(guò)干、支管壓力分布分析，可以看出干管和支管管徑符合支、毛所需進(jìn)口水頭，故干管選用Φ90PVC管村，支管選用Φ50PE管材。

6  首部樞紐選用和管網(wǎng)選用

6.1  小管出流灌溉系統(tǒng)首部樞紐設(shè)備包括水泵、變頻調(diào)速器、過(guò)濾器、化肥注入器、水表、閘閥、逆止閥、進(jìn)排氣閥等，各種設(shè)備的選用如下：①水泵選用150QJ32-36/6電泵，電機(jī)功率5.5KW；②過(guò)濾器。選用200目篩網(wǎng)式全塑過(guò)濾器；③化肥注入器。采用壓差式施肥罐；④水表和壓力計(jì)。水表用容積水表，壓力表用彈簧壓力表；⑤進(jìn)排氣閥。干管進(jìn)排氣閥采用1.5″，支管進(jìn)排氣閥采用1.0″；⑥逆止閥。逆止閥用Φ75。

6.2  灌溉系統(tǒng)管網(wǎng)由干管、支管、毛管三級(jí)管道組成，支管以上各級(jí)管道的首端設(shè)置Φ80控制閥，在地埋管道的閥門處設(shè)置閥門井，在干、支管道的首端設(shè)置進(jìn)排氣閥，末端設(shè)置沖洗排污閥。在干支管的拐彎處，末端應(yīng)設(shè)置固定墩。固定塑料管道每隔50m間距設(shè)置伸縮節(jié)。干管埋深0.8米，支管埋深 0.7米。

7　小　結(jié)

　　采用上述技術(shù)方法直觀，計(jì)算準(zhǔn)確，工程采用該技術(shù)方案進(jìn)行施工安裝，達(dá)到了原來(lái)設(shè)計(jì)要求，灌溉效果比較理想。鑒于徐州市目前果樹種植面積在逐年擴(kuò)展，需要推廣應(yīng)用小管出流等微灌節(jié)水灌溉技術(shù)。項(xiàng)目技術(shù)方案是關(guān)鍵，只有抓好工程方案擇選工作，才能保證節(jié)水灌溉工程達(dá)到技術(shù)要求。

作者簡(jiǎn)介：李家振  徐州市山區(qū)節(jié)水灌溉示范基地管理處  郵編：221000 聯(lián)系電話：0516-80802235，13813282617

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