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      牡丹江市黑木耳節(jié)水灌溉工程微噴灌設(shè)計

      2012-10-24 02:03:52曹晨華崔曉陽
      黑龍江水利科技 2012年3期
      關(guān)鍵詞:三岔河牡丹江市毛管

      曹晨華,崔曉陽

      (1. 牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院,黑龍江 牡丹江157000;2. 牡丹江市城區(qū)水土保持辦公室,黑龍江 牡丹江157000)

      1 工程項目概況

      牡丹江市愛民區(qū)北安鄉(xiāng)黑木耳節(jié)水灌溉工程位于牡丹江市西北側(cè),牡丹江一級支流三岔河中游河谷地帶。項目區(qū)距牡丹江市區(qū)25 km。

      工程建設(shè)內(nèi)容為建設(shè)黑木耳露地微灌36 hm2,由水源工程、田間微噴灌工程、輸配電工程組成。水源工程全部采用大口井,共12 眼,出水量15 m3/h; 田間微噴灌工程管道系統(tǒng)布置分為干、支、毛管。干、支、毛管布置都在地面,毛管上安裝微噴頭。輸配電線路4 km。

      2 水資源評價及供需平衡分析

      2.1 水資源概況

      項目區(qū)內(nèi)主要河流為三岔河,三岔河全長29 km,流域總面積為221.36 km2,該流域多年平均徑流深150 mm,多年平均徑流量可達(dá)3 321 萬m3,項目區(qū)地表水量較豐富,只是年內(nèi)分配不均,在農(nóng)作物生長期的4—7月,三岔河水量滿足不了大地生產(chǎn)灌溉的需要,需補(bǔ)充水源解決農(nóng)作物生長期灌溉用水的需要。

      根據(jù)牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院1999年《牡丹江市三道關(guān)鄉(xiāng)三岔河水庫初步設(shè)計報告》,項目區(qū)位置以上三岔河控制面積89 km2,多年平均徑流量為1 335 萬m3,設(shè)計保證率P=80%時徑流量為662 萬m3。

      2.1.1 水資源總量

      全區(qū)多年平均地表水資源量為1.74 億m3/a,地下水多年平均補(bǔ)給量為2 930 萬m3/a,可開采量為2 010 萬m3/a。補(bǔ)給模數(shù)14.33 萬m3/km2·a

      2.1.2 水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

      牡丹江市城區(qū)2006年全區(qū)總用水量4.91 億m3,其中地表水為4.858 億m3,地下水為500 萬,在總用水量中,農(nóng)業(yè)用水量為2 960 萬m3。

      從水資源總量和已開發(fā)利用現(xiàn)狀實(shí)際分析,牡丹江來水量51.9 億m3,全區(qū)開發(fā)利用量5.8 億m3,尚有89%的水資源量沒有開發(fā)利用,為項目區(qū)灌溉提供了充足的水資源保證。

      2.2 供需平衡分區(qū)

      項目區(qū)所規(guī)劃的黑木耳節(jié)水灌溉項目灌溉水源為同一條自然河流,土地連片集中,故水資源平衡應(yīng)做為一個區(qū)域進(jìn)行平衡。

      2.3 水量供需平衡分析

      根據(jù)項目區(qū)開發(fā)任務(wù),確定黑木耳節(jié)水灌溉項目節(jié)水灌溉面積36 hm2。

      經(jīng)計算項目區(qū)年用水量為33.75 萬m3,僅占三岔河年來水總量(662 萬m3) 的5.1%,因此年來水總水量滿足用水要求,只是年內(nèi)分配不均,在黑木耳生長的4—7月份缺水。建議利用地下水作為配套水源來滿足黑木耳節(jié)水灌溉項目用水。

      3 典型工程設(shè)計

      根據(jù)項目區(qū)氣候、水資源、地塊形狀、作物種植、耕作方向、水源位置等,選擇節(jié)水灌溉模式為露地微灌,微灌作物為黑木耳。選取典型工程位于愛民區(qū)北安鄉(xiāng)三道關(guān)村二組沿三岔河北岸的灘地上,共12 hm2。

      3.1 微噴灌系統(tǒng)典型設(shè)計

      3.1.1 微噴灌首部樞紐設(shè)計

      該典型設(shè)計規(guī)劃4 眼大口井,根據(jù)地質(zhì)條件確定大口井深9.5 m,直徑2.2 m,出水量15 m3/h以上。全部采用微噴灌方式灌溉黑木耳,每眼井成一個單獨(dú)的灌溉系統(tǒng),首部樞紐系統(tǒng)一套,其中包括過濾器、壓力表、止回閥等各1 只??紤]微噴灌水源是地下水水質(zhì)較好,但也需要過濾,選取的過濾器為篩網(wǎng)式過濾器,篩網(wǎng)過濾器規(guī)格為WS-160 ×50,數(shù)量1套,每只流量為5 ~20m3/h,查性能曲線可知,當(dāng)流量為15 m3/h,水頭損失為3.5m。在過濾器出水管后面安裝出水管,將水輸送入干管進(jìn)行灌溉。

      3.1.2 微噴頭及支管布置形式

      根據(jù)木耳的種類,微噴灌區(qū)的木耳畦的大小等條件,以及微噴灌的田間組合情況和運(yùn)行方式,確定噴頭的噴嘴直徑和噴頭工作壓力,選用噴頭型號。微噴頭采用S-0055 型旋轉(zhuǎn)式微噴頭,性能見表1。

      選用q =0.12 m3/h 的噴頭,該噴頭霧化指標(biāo)能滿足木耳的用水要求。該區(qū)土壤為砂壤土,允許噴灌強(qiáng)度ρ =8mm/h。根據(jù)該區(qū)的風(fēng)力、風(fēng)向狀況,按照風(fēng)速小于3.4 m/s的情況制定設(shè)計方案。采用全園噴灑、三角形組合,組合間距a =4 m,b =4.6m,支管垂直哇向布設(shè),毛管平行畦向布置。

      表1 噴頭性能表

      當(dāng)a =4 m,b =4.6 m,設(shè)計ρ =5.46 mm/h,滿足土壤允許條件。

      為提高管道的利用率,降低設(shè)備投資,采取輪灌的方式進(jìn)行灌溉。采用閘閥控制進(jìn)行輪灌,灌完后再開啟下一組閘閥,進(jìn)行下一區(qū)片的灌溉。

      本設(shè)計采用4.6 m間距( 設(shè)計風(fēng)速內(nèi)) 布置,能滿足均勻系數(shù)Cu≥75%要求。

      3.1.3 管道系統(tǒng)設(shè)計

      1) 管材與管徑的選擇。根據(jù)目前市場現(xiàn)有規(guī)格,干管選用D75PE 管,支管選用D63PE 管,毛管選用D25PE 管。

      2) 管道系統(tǒng)的平面布置。根據(jù)畦向,干管平行畦向布置,支管垂直畦向布置,毛管平行畦向布置。根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄攴N植黑木耳的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況,確定畦高0.15 m,長60 m,寬2 m,兩塊畦之間距0.6 m。兩塊畦之間布置一條毛管,每眼大口井控制面積30 hm2,井布置在地中間,采取輪灌的灌溉方式。干管一條,長120 m,在干管上布置4 條支管,長80.5 m,總長322 m。在支管上布置毛管長60 m,在支管入口處2.3 m布置第1 條毛管,以后沿支管每隔4.6 m布置一條毛管,每條支管共計布置36 條毛管( 兩側(cè)布置毛管,每側(cè)18 條) ,毛管總長78 278 m;在毛管入口處2 m布置第1 只微噴頭,以后沿毛管每隔4 m布置一只微噴頭,每條毛管共計布置15 只微噴頭。

      支管布設(shè)的是否合理,可用同一支管上任意兩噴頭間的工作壓力差應(yīng)在設(shè)計噴頭工作壓力的20%以內(nèi)進(jìn)行校核,用公式表示為:

      3) 管道系統(tǒng)的布置。管道系統(tǒng)布置分為干、支、毛管,干、支、毛管布置都在地面,毛管上安裝微噴頭。干管、支管、毛管聯(lián)接用管件聯(lián)接。干、支、毛管全部安裝閘閥控制灌溉。

      4) 毛管長度。由以下公式確定:

      式中: Nm為毛管允許最大灌水器數(shù)目; d 為毛管內(nèi)徑,mm; k為毛管局部阻力損失加大系數(shù),1.2 ~1.25; qd為-噴頭流量,l/h; s 為毛管上灌水器間距,m; hd為滴頭工作壓力水頭,m; hv為灌水單元內(nèi)允許灌水器工作水頭變差率; Lm為毛管允許最大長度,m; s0為毛管進(jìn)口至第一個灌水器的距離,m。通過計算得: Nm=15; Lm=87 m。取毛管長度60 m,作為設(shè)計長度。

      3.1.4 管道的水力計算

      1) 干管沿程水頭損失計算公式為:

      式中: hf為沿程水頭損失,m; f 為沿程摩擦系數(shù); L 為管道長度,L =265m; Q 為流量,Q =15.2 m3/h; d 為管道內(nèi)徑,d =75 mm;通過計算: hf=3.5。

      支管沿程水頭損失:選取對系統(tǒng)最不利的支管計算沿程水頭損失,最不利的支管長L1=140 m( d =63 mm) ,通過計算: hf=13.4 m。

      對于多毛管分支管的沿程水頭損失'計算公式為:

      多口系數(shù)F =0.376

      通過計算: hf=5.1 m

      2) 管道的局部水頭損失的計算公式為:

      選取局部水頭損失為沿程水頭損的10%,作為設(shè)計的沿程水頭,則局部水頭損失: ∑hj=4.9 m( 其中包括過濾器水頭損失)

      3) 微噴灌系統(tǒng)設(shè)計揚(yáng)程的計算公式為:

      式中: H 為系統(tǒng)設(shè)計揚(yáng)程,m; H0為最不利輪灌組所要求干管進(jìn)口工作壓力,m; △Hj-為干管進(jìn)口至水源的水頭損失,m;Zd為干管進(jìn)口處的地面高程,m; Zsp為水源動水位,m; 根據(jù)現(xiàn)有大口井地下水位情況,井動水位深4 m左右。通過計算:H =22.6 m

      3.1.5 水泵與動力機(jī)選配

      通過以上計算: 得知Q =15 m3/h,H =22.6 m,根據(jù)設(shè)計揚(yáng)程及流量選擇大口井潛水泵,型號為150QJ20-40/6-4,其配套功率為4 kW。該水泵流量20/h,揚(yáng)程40 m,水泵滿足設(shè)計要求。

      3.1.6 微噴灌工作制度

      1) 每日工作制度的確定,根據(jù)木耳生長規(guī)律要求,一般灌水時間為上午4—9 時,下午5—10 時,共計10 h。

      2) 輪灌方式及分組,根據(jù)地塊形狀,系統(tǒng)壓力情況,微噴灌管工作條數(shù)等條件確定輪灌編組。每次灌溉8 條毛管,上午和下午各灌水時間0.5 h。

      4 結(jié) 論

      該節(jié)水灌溉項目區(qū)的建成后,將使36 hm2黑木耳田在節(jié)水灌溉措施和先進(jìn)農(nóng)藝措施的綜合作用下,成為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)田。同時,與傳統(tǒng)的地面灌溉相比,年畝均節(jié)水180 m3/666.7 hm2,則 本 項 目年 可 節(jié) 水9.72 萬m3,節(jié) 能2.18 萬kW·h,節(jié)約電費(fèi)1.64 萬元。工程達(dá)到設(shè)計能力時,在農(nóng)業(yè)技術(shù)措施相同的情況下,每年可增加黑木耳產(chǎn)量32 400 kg,新增產(chǎn)值為162 萬元。

      [1]牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院. 牡丹江市三道關(guān)鄉(xiāng)三岔河水庫初步設(shè)計報告[R]. 牡丹江: 牡丹江市水利勘測設(shè)計研究院,1999.

      [2]鄭耀泉,劉嬰谷,金宏智. 噴灌微噴設(shè)備使用與維修[M]. 北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

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