东盘粮喷灌工程设计综述

韩素丽

（山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002）

1 概况

孝义市东盘粮村位于孝义市东部平川，地形平坦，土壤质地为中壤土，土地肥沃，为典型的农业种植区。地处中纬度内陆，属暖温带大陆性季风气候。全村总人口2 300口人，总土地面积5.06 km2，耕地面积267 hm2。

项目区种植作物主要以小麦、秋播作物为主，该区属于河井双灌区，发展喷灌工程的水源主要为地下水。喷灌工程建成后，由于采用了较先进的节水灌溉技术并配置了有效的农业节水措施，减少了作物的蒸腾蒸发，提高了灌溉水利用系数，大大减少了渠道占地，将对当地的农业经济发展起到很大的推动作用。

2 工程建设必要性

孝义市是山西省水资源蕴藏量极度短缺的县市，年降雨量仅为460 mm，也是农业经济欠发达地区，农业主要形式仍以传统农业为主，水资源的利用率极其低下，是制约农业经济发展主要瓶颈，在此次灌区规划中选用国内比较先进的节水器械，从灌溉方式上节约水资源，采用喷灌可以控制喷水量和均匀性，避免产生地面径流和深层渗漏损失，使水的利用率大为提高，降低灌水成本。同时可提高土地利用率，节约生产成本，为农业产业结构调整和地区经济转型提供可靠的农业技术支撑。

规划项目区内现有节水灌溉措施不配套，土渠输水渠系水利用率仅为0.39，远低于全省的渠系水利用率。灌溉方式采用传统的大水漫灌，不仅灌溉用水量大、灌水时间长、费时费工、灌水质量差而且肥力流失和水资源浪费严重。

随着工业生产和城镇发展用水量的不断增加，农业灌溉用水日趋紧张。项目区连续几年农田得不到灌溉，农作物产量低下，只能以旱作为主。因此，从项目区的实际情况出发，推广应用喷灌节水新技术，调整农业种植结构，实现粗放型生产向集约型、规模型转变，做到既节水又增效，才能适应形势发展的要求。项目区内田面平整，道路通畅，并建有完善的农电网络设施和机井设施，区内现有机电井23眼，适宜发展喷灌技术。促进农作物高产稳产，带动农业耕作技术栽培技术等各项现代科技的发展。同时也减轻了农民负担，促进农业生产发展，提高农民收入。

3 工程建设原则

为了使本项目能够顺利实施并发挥效益，真正建成高标准、节水型井灌区，按照下面的规划原则进行工程规划：

第一，喷灌工程规划在现有水源的基础上开展，重点以节流为主，规划范围为现有效灌溉面积内。

第二，节水灌溉尽量利用现有的水利工程设施，因地制宜，优先采用喷灌节水型式，并按规范要求，达到较高标准，充分发挥工程效益。

4 喷灌工程设计

本设计中的喷灌形式全部采用固定式喷灌。布设固定主管道，管道埋到冻土层以下。喷灌区分两个区灌溉，每个区建一个蓄水池，进行二次加压。蓄水池容积为100 L，建机泵管理房、配管道泵、变频设备。育种喷灌区控制面积11.5 hm2，东西长480 m，南北长240 m。

4.1 系统布置

系统由蓄水池、首部枢纽、管网及喷头组成。水泵出口直接与管网干管固定。

本设计干管一条，干管东西向布置，在干管末端设渗水井，干管上通过竖管接出地面安装给水栓，给水栓由砖砌体水泥砂浆抹面防护。管道上安装喷头，喷头组合形式采用矩形组合。喷头及支管间距为24 m×18 m，喷头和立杆数量除工作外还有备用数量。

4.2 喷头选型

喷头选用YZ—2型，该喷头性能如下：

工作压力 H为 3kg/cm2；喷灌直径 d为 7×3.1 mm；喷水量q为3.86 m3/h；喷头射程R为21 m。

雾化指标选取3 860，其介于大田作物灌溉雾化指标3 000～4 000之间，符合要求。

喷头组合方式选择：根据当地的实际情况及农机作业，喷头间距选取矩形喷洒方式，喷头组合选用24 m×18 m。

喷灌强度采用下面公式计算：ρ=q/AL≤ρ允.式中：q——单喷头流量，L/h；取q＝3.86；

AL——单喷头的有效湿润面积，AL=b×L；

ρ允——土壤的允许喷灌强度。本区土壤主要为壤土，根据《喷灌设计手册》，其值取12 mm/h。

ρ=8.9＜12.

经计算，喷灌强度ρ满足要求。

4.3 灌溉制度的拟定

根据项目区近几年的作物种植现状，结合工程完成后国家关于产业结构调整的方针政策和群众对种植作物的认识，育种田主要种植玉米、高梁，大田主要种植小麦、玉米、高梁，复播谷子、豆类。种植比例为小麦50%、玉米30%、高梁20%、复播10%。

4.3.1 设计灌水定额

根据《喷灌工程技术规范》GBJ85-85公式进行计算：

喷灌灌水定额m＝32.4 mm。

4.3.2 设计灌水周期

按《喷灌工程技术规范》GBJ85-85公式进行计算：T=mη/Ed.式中：T——设计灌水周期，d；

Ed——日需水量，mm/d，根据试验数据取值3.54mm/d；

η——灌溉水利用系数，管灌取0.8，微、喷灌取0.85，滴灌 0.9；

经计算得：T=7.77 d，取 8 d。

4.3.3 单喷头一次灌水所需时间

t=mbl/1 000 q.

式中：t——单喷头一次灌水所需时间，h；

m——设计灌水定额，mm；

b——支管间距，m；

l——沿支管喷头的间距，m；

q——一个喷头的流量，m3/h；

经计算：t=3.8 h。

4.3.4 同时工作的喷头数及支管数

计算方法如下：

N喷头=（A×t）/（b×l×T设C）

=（11.5×15×667×3.8）/（24×18×8×12）=11个

式中：A——喷灌系统的面积m2；

C——一天中喷灌系统工作小时数，h；N喷头——一根支管上的喷头数，个。

4.4 管道设计及管网水力计算

根据喷灌系统的工作制度，确定管道流量指标，并选择管径。

4.4.1 管道流量

支管流量根据下式计算:

式中：Q支——喷灌系统的设计流量，m3/h；

qi——设计工作压力下喷头流量，m3/h；

n——同时工作的喷头数，个；

故：Q支=5×3.86=19.3 m3/h.

该喷灌系统为两条支管同时工作，故干管流量：

Q干=2Q支=38.6 m3/h.

4.4.2 管径确定

管径确定采用经济流速法。

对于支管管径，可通过沿程水头损失不超过工作压力的20%来决定采用公式：

式中：d——管径，mm；

Q——计算管段的设计流量，m3/h；

V——管道内水的流速，干管取1.0 m/s，支管取1.3 m/s。

经计算：干管d=105 mm，取商品管径110 mm。支管d=72 mm，取商品管径76 mm。

各级管道管件均采用金属管件，干管末端设渗水井，设置排水阀门。干管与移动支管联接处采用专用给水栓（截阀体），可双向使用。

4.4.3 水头损失计算

选择最不利点作为典型喷头进行水力计算。固定管道采用直径110 mm的PE管，计算长度为588 m；支管采用直径75 mm薄壁铝管，计算长度为108 m。经计算，水头损失为2.86 m。移动管道沿程水头损失，由于支管为多出口同时工作，先按流量不变计算出全部管长损失，再乘以相应的系数即得移动管道沿程水头损失，喷灌系统水头损失为34.29 m。

4.5 水泵选择

喷灌系统设计最大流量为：

Q=10×3.86=38.6（m3/h）.

机井动水位120 m，机井泵的出水量45 m3/h，喷灌系统的总设计扬程为：120+34.29=154.29 m，由于喷灌部分通过机井抽水进行蓄水喷灌灌溉，因此为满足要求，需要配置管道泵。在喷灌区建两座100 L蓄水池，因此需要配2台管道泵。

在喷灌设计中，66.7 hm2育种田全部采用固定喷灌。对于固定喷灌，干管采用直径110 mmPVC管，支管采用直径90 mmPVC管。

5 效益评价

项目建成后，由于采用了较先进的节水灌溉技术并配置了有效的农业节水措施，减少了作物的蒸腾蒸发，提高了灌溉水利用系数，减少了渠道占地，每公顷可节水1 500 m3，改善灌溉面积468 hm2。促进了农业的可持续发展，而且为城乡建设发展奠定了基础。