淺談河北滄州地區(qū)葡萄滴灌系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

賈　濤

(滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 滄州 061000)

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淺談河北滄州地區(qū)葡萄滴灌系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

賈濤

(滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 滄州 061000)

摘要：滴灌技術(shù)屬全管道輸水和局部微量灌溉，能使水分的滲漏和損失降到最低，不存在外圍水損失的問(wèn)題。不但能做到適時(shí)地供給作物根區(qū)所需水分，又能使水的利用效率大大提高。該技術(shù)與傳統(tǒng)灌溉技術(shù)相比具有節(jié)水、節(jié)肥、省工等優(yōu)點(diǎn)。該文闡述了河北滄州地區(qū)某村150畝葡萄園滴灌系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可為同類工程提供參考。

關(guān)鍵詞：滄州地區(qū)；滴灌技術(shù)；葡萄園；規(guī)劃與設(shè)計(jì)

滴灌是利用塑料管道將水通過(guò)毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進(jìn)行局部灌溉[1]。它是目前干旱缺水地區(qū)最有效的一種節(jié)水灌溉方式，該灌溉方式能使水分的滲漏和損失降低到最低限度。同時(shí)，又能做到適時(shí)地供應(yīng)作物根區(qū)所需水分，不存在外圍水的損失問(wèn)題，使水的利用效率大大提高，水的利用率可達(dá)90%。河北滄州地區(qū)地表水嚴(yán)重不足，多年來(lái)干旱少雨，地下水采多補(bǔ)少問(wèn)題十分突出，因此大力發(fā)展滴灌技術(shù)，對(duì)當(dāng)?shù)毓麍@種植具有更高的節(jié)水增產(chǎn)效果。

1項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)地處滄州市區(qū)西部，地面高程5.6～10.3 m。地貌成因類型為沖積相和濱海湖積相。項(xiàng)目區(qū)氣候?qū)贉貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫12.7~13.4 ℃。最大凍土深60 cm。多年平均降水量570 mm。降水量年際及年內(nèi)分配極不平衡，主要集中在6—9月份。

項(xiàng)目區(qū)選取某村10 hm2地作為典型設(shè)計(jì)，該區(qū)地塊長(zhǎng)×寬約為420 m×240 m。典型區(qū)種植作物為葡萄，株距1 m，行距3 m。節(jié)水灌溉方式為滴灌，水源為地塊北側(cè)深機(jī)井，通過(guò)機(jī)井泵站提水，經(jīng)干支管輸送到田間支管。該機(jī)井出水量為50 m3/h，水質(zhì)良好，礦化度小于2 g/L，適合于農(nóng)作物灌溉。機(jī)井深度300 m，靜水位40 m，動(dòng)水位70 m。

2項(xiàng)目區(qū)滴灌系統(tǒng)規(guī)劃

項(xiàng)目區(qū)滴灌系統(tǒng)規(guī)劃本著“以供定需”的原則，根據(jù)水源供水情況布置滴灌系統(tǒng)管網(wǎng)，具體規(guī)劃順序?yàn)椋合到y(tǒng)參數(shù)確定→灌水器選擇→灌水制度確定→供水面積校核→系統(tǒng)工作制度確定→管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)→經(jīng)濟(jì)管徑確定→灌水小區(qū)管網(wǎng)水力計(jì)算→首部樞紐設(shè)計(jì)。按照以上規(guī)劃順序分步實(shí)施，能夠合理有序地將滴管系統(tǒng)與田間需水要求相結(jié)合[2-4]。

2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

項(xiàng)目區(qū)作物需水高峰期平均日耗水量4 mm/d；灌溉水利用系數(shù)0.9；計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，Z=80 cm；適宜含水量上限θmax=90%β田；適宜含水量下限θmin=65%β田；田間持水量(重量比)β田=23%；設(shè)計(jì)灌水均勻度Cu=90%；滴灌設(shè)計(jì)保證率為75%；設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比P=33.3%。

2.2灌水器選擇與布置

根據(jù)葡萄需水規(guī)律和栽培模式，每行果樹(shù)布置一條毛管，間距為3.0 m。灌水器選用內(nèi)鑲圓柱式滴灌帶，內(nèi)徑16.0 mm，壁厚0.4 mm，工作壓力0.10 MPa,滴頭標(biāo)準(zhǔn)流量為2.7 L/h，滴頭間距0.5 m。管中水流為紊流，流態(tài)指數(shù)X=0.5。灌水器布置示意圖如圖1所示。

圖1　葡萄園灌水器布置示意圖

2.3灌水制度確定

(1)最大凈灌水定額按下式計(jì)算：

(1)

式中:m為設(shè)計(jì)最大凈灌水定額，mm;γ為土壤干容重，壤土取γ=1.45g/cm3;Z為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，cm;θmax為適宜含水量上限，θmax=90%β田；θmin為適宜含水量下限，θmin=65%β田；β田為田間持水量(重量比)，取23%；P為設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比，%。

經(jīng)計(jì)算m=22.21mm。

(2)毛灌水定額。根據(jù)凈灌水定額除以灌溉水利用系數(shù)計(jì)算，灌溉水利用系數(shù)取0.9，計(jì)算結(jié)果確定毛灌水定額為24.67mm。

(3)灌水周期按下式計(jì)算：

(2)

式中:T為設(shè)計(jì)灌水周期，d;m為設(shè)計(jì)灌水定額，mm；EP為作物需水高峰期平均日耗水量，mm/d，取4 mm/d。

經(jīng)計(jì)算T=5.6 d。

2.4單井供水面積校核

項(xiàng)目區(qū)采用單井灌溉，該項(xiàng)計(jì)算主要核實(shí)單井出水量是否滿足灌溉要求。一個(gè)灌水周期內(nèi)單井的灌溉面積，按下式計(jì)算：

(3)

式中：η為灌溉水利用系數(shù)，取0.9;C為一天運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，本工程取18 h；Q井為機(jī)井出水量，m3/h，取50；Ia為設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度，mm/d,取4。

經(jīng)計(jì)算A=20.25 hm2，本項(xiàng)目區(qū)典型設(shè)計(jì)地塊面積為10 hm2，單井出水量滿足項(xiàng)目區(qū)地塊灌溉要求。

2.5系統(tǒng)工作制度確定

(1)一次灌水持續(xù)時(shí)間按下式計(jì)算：

(4)

式中：t為一次灌水延續(xù)時(shí)間，h;m′為設(shè)計(jì)毛灌水定額，mm，取22.21 mm；Se為灌水器間距,m，取0.5 m;Sl為毛管間距,m，取3.0 m；qd為設(shè)計(jì)流量L/h，取2.7 L/h。

經(jīng)計(jì)算t= 13.7 h。

(2)系統(tǒng)允許最大輪灌組數(shù)，按下式計(jì)算：

(5)

式中：Nmax為系統(tǒng)允許最大輪灌組數(shù)，取整數(shù);C為一天運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，取18 h；T為設(shè)計(jì)灌水周期，取5.6 d;t為一次灌水延續(xù)時(shí)間，取13.7 h。

經(jīng)計(jì)算Nmax=7。

2.6管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)

滴灌系統(tǒng)采用如下結(jié)構(gòu)：泵房(水源)→計(jì)量裝置(水表、壓力表)→施肥罐(施肥控制裝置)→分干管(地埋PVC管)→支管(地面PE管)→毛管(滴灌帶)。支管的管材選用PE管材，支管沿田塊中間布置，毛管垂直于支管布置。每行果樹(shù)布置一條毛管，間距為3 m。毛管選用Φ16 mm的圓柱式滴灌管。

2.6.1支、毛管水頭差分配與毛管極限長(zhǎng)度的確定

(1)支、毛管水頭差分配。當(dāng)qv=20%時(shí)，hv= 0.41灌水小區(qū)允許的最大水頭偏差按下式計(jì)算。

(6)

(7)

(8)

式中:hmax為灌水小區(qū)允許的最大水頭，m；hmin為灌水小區(qū)允許的最小水頭，m；ΔHS為灌水小區(qū)允許的最大水頭偏差，m。

經(jīng)計(jì)算ΔHS=4.11 m。

根據(jù)支、毛管水頭差分配比，按下列公式計(jì)算支、毛管分配水頭：

(9)

(10)

式中：ΔH毛為毛管分配的水頭差，m；ΔH支為支管分配的水頭差，m；經(jīng)計(jì)算ΔH毛=2.26 m，ΔH支=1.85 m。

(2)毛管極限分流孔數(shù)。毛管極限分流孔數(shù)按下式計(jì)算:

(11)

式中：Nm為毛管極限分流孔數(shù);INT為取整；[△h毛]為毛管允許水頭偏差，為2.26 m;d為毛管內(nèi)徑，取15.2 mm；k為毛管總水頭損失與沿程水頭損失之比，取1.1;s為毛管分流孔間距，取0.5 m；qd為毛管單孔設(shè)計(jì)流量，取2.7 L/h。

經(jīng)計(jì)算，Nm=182，單根毛管最大允許長(zhǎng)度為91 m。

2.6.2管網(wǎng)布置、輪灌組確定、設(shè)計(jì)流量及管徑的選擇

毛管沿葡萄種植方向直線鋪設(shè)，毛管在支管兩側(cè)雙向鋪設(shè)。管網(wǎng)系統(tǒng)布置如圖2所示。輪灌組數(shù)見(jiàn)表1。

2.6.3校核輪灌組

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知，系統(tǒng)劃分為4個(gè)輪灌組，其小于最大輪灌組7。同時(shí)，輪灌組干管最大流量為45.36 m3/h，其值小于水井的出水量50 m3/h，輪灌組均滿足水量平衡的要求。

圖2　管網(wǎng)系統(tǒng)布置

分干管編號(hào)輪灌組編號(hào)工作支管編號(hào)支管長(zhǎng)度(m)毛管根數(shù)(根)單根毛管長(zhǎng)度(m)單根毛管灌水器數(shù)量(個(gè))單根毛管流量(m3/h)支管流量(m3/h)分干管流量(m3/h)輪灌組控制面積(hm2)分干111-1支10570601200.32422.6845.362.51-2支10570601200.32422.6821-3支10570601200.32422.6845.362.51-4支10570601200.32422.68分干232-1支10570601200.32422.6845.362.52-2支10570601200.32422.6842-3支10570601200.32422.6845.362.52-4支10570601200.32422.68合計(jì)84056010

注：由表1可知單根毛管長(zhǎng)度60 m，均滿足單根毛管最大允許長(zhǎng)度91 m要求。

2.7支管、干管經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算

(1)管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)管徑由下式計(jì)算得出：

(12)

式中：D為管段直徑，m；q為管段流量，m3/s；v為經(jīng)濟(jì)流速，1.2 m/s。經(jīng)計(jì)算，干管、分干管選用DN125 mm，0.63 MPa，PVC-U管，支管選用DN75 mm，0.4 MPa PE管。

2.8灌水小區(qū)管網(wǎng)水力計(jì)算

(1)毛管進(jìn)口工作水頭計(jì)算。毛管進(jìn)口工作水頭按下式計(jì)算：

hm=hl+1.1hf

(13)

式中：hm為毛管進(jìn)口工作水頭，m;hl為毛管沿程水頭損失，m；hf為毛管局部水頭損失，m；經(jīng)計(jì)算hm=13.00 m。

(2)干管、分干管、支管水頭及首部泵站管網(wǎng)水頭損失計(jì)算。水頭損失計(jì)算方法同毛管，計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2　干管、分干管、支管及首部泵站管網(wǎng)水頭

2.9首部樞紐設(shè)計(jì)

(1)揚(yáng)程計(jì)算。系統(tǒng)設(shè)計(jì)揚(yáng)程應(yīng)按下式計(jì)算：

(14)

式中：H為系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭，m；Zp為典型管網(wǎng)的地進(jìn)口高程，m；Zb為水源水面高程，m；h0為灌水小區(qū)進(jìn)口設(shè)計(jì)水頭，m；∑hf為由系統(tǒng)進(jìn)口首部至典型灌水小區(qū)進(jìn)口的管道沿程水頭損失，m；∑hj為由系統(tǒng)進(jìn)口首部至典型灌水小區(qū)進(jìn)口的管道局部水頭損失，m；經(jīng)計(jì)算H=93.78 m。

(2)水泵選型。選用200QJ50-100/5潛水泵，配套潛水電機(jī)功率25 kW。

3結(jié)論

該滴灌系統(tǒng)投入使用后，較傳統(tǒng)灌溉技術(shù)減少地下水開(kāi)采0.45萬(wàn)m3/a，極大緩解了項(xiàng)目區(qū)水資源不足的現(xiàn)象，提高了水資源承載能力，改善了用水環(huán)境，為水資源的可持續(xù)利用創(chuàng)造了良好的條件，同時(shí)提高了果園產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

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[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.微灌工程技術(shù)規(guī)范：GB/T 50485-2009[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[4]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范：GB/T 50363-2006[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

Introduction of planning and design of grape drip irrigation system in Cangzhou region, Hebei Province

JIA Tao

(CangzhouSurveyandDesignInstituteofWaterconservancy,Cangzhou061000,China)

Abstract：Drip irrigation is part of pipeline and local micro irrigation, and it minimizes water leakage and loss to the least, solving the problem of peripheral water loss. It can supply crop root zone water in time and lift water use efficiency greatly. Comparing with traditional irrigation, the technology has the advantage of saving water, fertilizer and work. This article expounds 150 acres of vineyard drip irrigation system design in a village of Cangzhou region, Hebei Province . Through the test of practice, the design is confirmed of technical feasibility, and the economic benefit is remarkable, which makes it a reference for similar projects in the region.

Key words：Cangzhou region;drip irrigation technology;the vineyard;planning and design

中圖分類號(hào)：S275.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-0506(2016)01-0043-04

作者簡(jiǎn)介：賈濤(1984-)，男，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作。E-mail：13303177663@163.com