黑龙江省西部地区优质高产玉米大型喷灌工程典型设计

2011-06-08于海英孙东伟

黑龙江水利科技 2011年6期

关键词：明渠项目区圆形

于海英，孙东伟

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.黑龙江省农垦总局水务局，哈尔滨 150090)

黑龙江省西部地区优质高产玉米大型喷灌工程典型设计

于海英1，孙东伟2

(1.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080;2.黑龙江省农垦总局水务局，哈尔滨 150090)

在西部地区齐齐哈尔市、大庆市、绥化市、哈尔滨市所属县区集中连片的玉米种植区域内，利用当地地表水及土地资源为保证，将4个城市以地表水为水源的大型喷灌灌区建设成为优质、高产、高新技术节水灌溉农业项目，引导传统农业向现代农业的转变。

节水灌溉;喷灌;地表水;平移式喷灌机;圆形喷灌机

目前黑龙江省以地下水为水源的旱田节水灌溉工程技术相对成熟，本次首先提出在本区玉米集中连片种植的部分地市，建设以地表水为水源的优质高产玉米大型喷灌灌区，为西部地区今后大面积发展大型旱田节水灌区起到引领和带动作用。西部地区地下水资源缺乏，利用地表水进行旱田节水灌溉是本区今后一个时期的发展方向。在大面积种植的大田作物中玉米是高杆作物，利用地表水对玉米喷灌是本区需要认真研究的新课题。

针对喷灌各项目区工程现状及存在的问题，工程建设的主要任务分别为：喷灌项目区是对初拟的各种喷灌模式，对各项目区进行取水工程、输配水工程、田间工程、喷灌设备、输变电线路的配套建设;将项目区建设成为西部地区乃至优质高产玉米生产基地，为西部地区农村经济可持续发展创造条件。本文内容主要论证喷灌工程的典型设计。

1 喷灌工程布置原则

1)按照农业现代化的发展目标，针对选定项目区的自然地理条件及工程现状，本着因地制宜的原则，合理布置喷灌工程，建成现代化的高效益的大型喷灌工程体系。

2)喷灌工程的布置要与项目区的社会经济条件及劳动力状况相结合，在社会经济条件较好，劳动力文化水平较高的地方优先发展喷灌工程建设。

3)充分利用现有水利工程，发挥现有灌溉工程作用，工程措施和非工程措施相结合，同时保护生态环境。

4)喷灌工程的布置要与项目区的道路、林带、供电系统及材料供应状况相结合。做到运输便利，电力通畅，农业建设与生态环境保护相结合。

5)喷灌工程的布置要与项目区的地形、土壤、风速、水源类型相结合，种植高效的农作物，便于规模经营，利于机械化耕作。

6)喷灌工程的布置要综合考虑项目区的面积、地块形状及水源类型等因素，选配不同形式的喷灌机进行方案比较，实施优化配置，选择经济合理的方案作为设计方案。

7)喷灌工程的布置要做到输水畅通，配水方便，便于管理;尽量照顾行政区划及联营经营，以便项目区建成后，发挥群众管理的优势，减少社会矛盾。

2 喷灌工程典型设计

2.1 平移式喷灌系统典型布置

2.1.1 平移式喷灌工程总体布置

齐齐哈尔市梅里斯莽格吐项目区、绥化红旗乡项目区全部采用平移式喷灌机，依安新兴项目区6个地块采用平移式喷灌机。

本次设计平移式喷灌工程总体设计分为两种型式：

第一种型式：渠首为提水泵站，骨干供水工程为管道，田间喷灌机用喂水渠为明渠。它由骨干供水管道、喂水渠(田间明渠)、喷灌机3部分组成。工作原理：水量由骨干供水管道送至喂水渠(田间明渠)，喷灌机从喂水渠(田间明渠)取水进行灌溉。梅里斯莽格吐项目区、依安新兴项目区、大庆大同项目区2个地块采用第一种型式。工作原理见图1。

图1 平移机骨干供水管道工作原理示意图

第二种型式：渠首为自流引水闸，骨干供水工程为渠道、田间喷灌机用喂水渠也为渠道。它由骨干供水明渠、田间喂水渠、喷灌机3个部分组成。

工作原理：水量由骨干供水渠道送至田间喂水渠道，喷灌机从田间喂水渠道取水进行灌溉。这种形式适用于已有工程，没有新占用土地。绥化红旗乡项目区采用第二种型式。工作原理见图2。

2.1.2 平移式喷灌工程典型设计

本次典型设计1种规格的喷灌系统：设备长度890 m，单跨长49.12 m、60.63 m，控制面积253.3 hm2的喷灌系统。

根据平移式喷灌机特性，地块设计为长方形，最大行走长度3 500 m，系统入机流量640 m3/h，入机压力0.25 MPa。系统由地块中间输水明渠供水，明渠中心线与喷灌机轴线垂直。输水明渠采用混凝土衬砌，渠道挖深＜0.71 m，上口宽＜2 m的渠道两侧用混凝土铺设，兼做喷灌机中心车的行车道。平移式喷灌机采用地沟导向，动力采用电力驱动系统，电缆采用地埋式沿田间明渠铺设，每400 m设一插桩。平移式喷灌系统典型设计平面布置见图3、图4。

图2 平移机骨干供水渠道工作原理示意图

图3 万能平移(机)喷灌系统平面总体布置示意图

图4 平移(机)喷灌系统平面总体布置示意图

2.2 圆形喷灌系统典型布置

双城友谊灌区项目区7套喷灌设备全部采用圆形喷灌机，依安新兴项目区5个地块、大庆大同项目区8个地块采用圆形喷灌机，项目区渠首泵站即供水又做为圆形喷灌机加压泵。

2.2.1 圆形喷灌系统总体布置

圆形喷灌系统为调蓄供水式，它由供水管道、蓄水池、喷灌机3部分组成。工作原理为：水量由供水管道进入蓄水池，经过蓄水池调节后，再送入喷灌机进行灌溉，这种型式适用于灌溉面积较大，需通过蓄水池调节的情况，工作原理见图5。

图5 圆形机工作原理示意图

2.2.2 圆形喷灌系统典型设计

本次典型设计1种规格的圆形喷灌系统，其设备长度450 m，控制面积63.47 hm2的圆形喷灌系统。

根据圆形喷灌机特性，地块设计为圆形，半径长450 m。按圆形喷灌机工作流量，系统流量230 m3/h供水。水流至系统中心处经缓冲罐汇水后利用加压泵一套向系统供水，实施喷灌作业。在主管道最低处设置泄水井，用以冬天生产停止后管道泄水。为保证输水管道的正常使用，便于维护和管理，在输水管道首部上需配置各种必要的管件和设置一些附属设施。系统中心处设置动力房，并配置控制监测设备。灌区采用8120型时圆形喷灌机用于灌溉，系统性能见表1。圆形喷灌系统典型设计平面布置见图6。

表1 8120型(450 m)圆形喷灌机组性能表

图6 圆形喷灌系统典型设计平面布置示意图

3 喷灌机配置

3.1 平移式喷灌机的适用范围

平移式喷灌机是支承在若干个可以自动行走的塔架上作平行移动。平移式喷灌机由垂直于喷灌管道的明渠供水，喷灌管道顺着渠道的方向平移，一边行走一边喷洒，喷灌面积呈矩形。由于喷灌管道各点的行走速度都相同，喷灌管道和喷头的配置等距布置，风及地形变化对其喷灌均匀度的影响也较小。

平移式喷灌机的主要优点：能灌溉矩形地块，没有浇不上水的地角，土地利用率可高达98%。灌溉方向与传统的农业耕作措施和耕作方向相适应，沿机长方向喷洒均匀，受风的影响小，喷灌质量高，适于低压喷洒，减少能耗。结构简单，喷灌管道可用不同直径的管子组成，喷头采用同一型号等距布置。每一塔车电控设备完全相同，装配、保养、维修方便。自动化程度高，喷灌机长度可长可短，控制面积可大可小，而且比同一机长的中心支轴式喷灌机控制面积大，降低了单位面积投资和耗能指标。运行速度调节范围大，能满足各种作物不同生育期的灌水需要。可用于喷施化肥、杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等，还可部分代替中耕、植保等农业机械，做到一机多用。

平移式喷灌机的缺点主要是适应地坡能力较差，要求地面较平;增加了导向系统，使造价提高。

3.2 圆形喷灌机的适用范围

圆形喷灌机是电力驱动中心支轴式全自动喷灌机，又称时针式喷灌机。它的喷水管(支管)是一根由一节一节的薄壁金属连接成的长管道，其上按一定要求布置有许多喷头。长管道高架在间距差不多相等的若干个搭车上，它的一端与被灌地块中央的固定中心支轴座连接，支轴处的井泵和中心控制箱供给压力水并起控制作用，以保证管道绕中心支轴按预先调好的速度保持近于直线的连续缓慢旋转喷灌。

圆形喷灌机的主要优点是：自动化程度高，可昼夜工作，一人就可管理8～12台喷灌机，一个灌水周期可喷灌约600 hm2土地，工作效率很高;节约水量、劳力和土地;喷洒均匀度高，可适时适量地满足作物需水要求，增产效果显著;适应性很强，爬坡能力可达30°左右，几乎适宜灌溉所有的土壤和高矮杆大田作物(地隙2.75 m)，但要求一台喷灌机控制范围内种植同一种作物;能一机多用，可用来喷施化肥、农药、除草剂等。其不足之处是4个地角不易灌溉(加上末端远射程喷枪，土地利用率87%左右)，耗能较多，运行费较高。凡土地连片，作物种类统一、地面上无障碍物的干旱缺水地区均可适用。