牡丹江市黑木耳节水灌溉工程微喷灌设计

曹晨华，崔晓阳

(1. 牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江157000;2. 牡丹江市城区水土保持办公室，黑龙江 牡丹江157000)

1 工程项目概况

牡丹江市爱民区北安乡黑木耳节水灌溉工程位于牡丹江市西北侧，牡丹江一级支流三岔河中游河谷地带。项目区距牡丹江市区25 km。

工程建设内容为建设黑木耳露地微灌36 hm2，由水源工程、田间微喷灌工程、输配电工程组成。水源工程全部采用大口井，共12 眼，出水量15 m3/h; 田间微喷灌工程管道系统布置分为干、支、毛管。干、支、毛管布置都在地面，毛管上安装微喷头。输配电线路4 km。

2 水资源评价及供需平衡分析

2.1 水资源概况

项目区内主要河流为三岔河，三岔河全长29 km，流域总面积为221.36 km2，该流域多年平均径流深150 mm，多年平均径流量可达3 321 万m3，项目区地表水量较丰富，只是年内分配不均，在农作物生长期的4—7月，三岔河水量满足不了大地生产灌溉的需要，需补充水源解决农作物生长期灌溉用水的需要。

根据牡丹江市水务科学研究院1999年《牡丹江市三道关乡三岔河水库初步设计报告》，项目区位置以上三岔河控制面积89 km2，多年平均径流量为1 335 万m3，设计保证率P=80%时径流量为662 万m3。

2.1.1 水资源总量

全区多年平均地表水资源量为1.74 亿m3/a，地下水多年平均补给量为2 930 万m3/a，可开采量为2 010 万m3/a。补给模数14.33 万m3/km2·a

2.1.2 水资源开发利用现状

牡丹江市城区2006年全区总用水量4.91 亿m3，其中地表水为4.858 亿m3，地下水为500 万，在总用水量中，农业用水量为2 960 万m3。

从水资源总量和已开发利用现状实际分析，牡丹江来水量51.9 亿m3，全区开发利用量5.8 亿m3，尚有89%的水资源量没有开发利用，为项目区灌溉提供了充足的水资源保证。

2.2 供需平衡分区

项目区所规划的黑木耳节水灌溉项目灌溉水源为同一条自然河流，土地连片集中，故水资源平衡应做为一个区域进行平衡。

2.3 水量供需平衡分析

根据项目区开发任务，确定黑木耳节水灌溉项目节水灌溉面积36 hm2。

经计算项目区年用水量为33.75 万m3，仅占三岔河年来水总量(662 万m3) 的5.1%，因此年来水总水量满足用水要求，只是年内分配不均，在黑木耳生长的4—7月份缺水。建议利用地下水作为配套水源来满足黑木耳节水灌溉项目用水。

3 典型工程设计

根据项目区气候、水资源、地块形状、作物种植、耕作方向、水源位置等，选择节水灌溉模式为露地微灌，微灌作物为黑木耳。选取典型工程位于爱民区北安乡三道关村二组沿三岔河北岸的滩地上，共12 hm2。

3.1 微喷灌系统典型设计

3.1.1 微喷灌首部枢纽设计

该典型设计规划4 眼大口井，根据地质条件确定大口井深9.5 m，直径2.2 m，出水量15 m3/h以上。全部采用微喷灌方式灌溉黑木耳，每眼井成一个单独的灌溉系统，首部枢纽系统一套，其中包括过滤器、压力表、止回阀等各1 只。考虑微喷灌水源是地下水水质较好，但也需要过滤，选取的过滤器为筛网式过滤器，筛网过滤器规格为WS－160 ×50，数量1套，每只流量为5 ～20m3/h，查性能曲线可知，当流量为15 m3/h，水头损失为3.5m。在过滤器出水管后面安装出水管，将水输送入干管进行灌溉。

3.1.2 微喷头及支管布置形式

根据木耳的种类，微喷灌区的木耳畦的大小等条件，以及微喷灌的田间组合情况和运行方式，确定喷头的喷嘴直径和喷头工作压力，选用喷头型号。微喷头采用S－0055 型旋转式微喷头，性能见表1。

选用q =0.12 m3/h 的喷头，该喷头雾化指标能满足木耳的用水要求。该区土壤为砂壤土，允许喷灌强度ρ =8mm/h。根据该区的风力、风向状况，按照风速小于3.4 m/s的情况制定设计方案。采用全园喷洒、三角形组合，组合间距a =4 m，b =4.6m，支管垂直哇向布设，毛管平行畦向布置。

表1 喷头性能表

当a =4 m，b =4.6 m，设计ρ =5.46 mm/h，满足土壤允许条件。

为提高管道的利用率，降低设备投资，采取轮灌的方式进行灌溉。采用闸阀控制进行轮灌，灌完后再开启下一组闸阀，进行下一区片的灌溉。

本设计采用4.6 m间距( 设计风速内) 布置，能满足均匀系数Cu≥75%要求。

3.1.3 管道系统设计

1) 管材与管径的选择。根据目前市场现有规格，干管选用D75PE 管，支管选用D63PE 管，毛管选用D25PE 管。

2) 管道系统的平面布置。根据畦向，干管平行畦向布置，支管垂直畦向布置，毛管平行畦向布置。根据当地多年种植黑木耳的经验和实际情况，确定畦高0.15 m，长60 m，宽2 m，两块畦之间距0.6 m。两块畦之间布置一条毛管，每眼大口井控制面积30 hm2，井布置在地中间，采取轮灌的灌溉方式。干管一条，长120 m，在干管上布置4 条支管，长80.5 m，总长322 m。在支管上布置毛管长60 m，在支管入口处2.3 m布置第1 条毛管，以后沿支管每隔4.6 m布置一条毛管，每条支管共计布置36 条毛管( 两侧布置毛管，每侧18 条) ，毛管总长78 278 m;在毛管入口处2 m布置第1 只微喷头，以后沿毛管每隔4 m布置一只微喷头，每条毛管共计布置15 只微喷头。

支管布设的是否合理，可用同一支管上任意两喷头间的工作压力差应在设计喷头工作压力的20%以内进行校核，用公式表示为:

3) 管道系统的布置。管道系统布置分为干、支、毛管，干、支、毛管布置都在地面，毛管上安装微喷头。干管、支管、毛管联接用管件联接。干、支、毛管全部安装闸阀控制灌溉。

4) 毛管长度。由以下公式确定:

式中: Nm为毛管允许最大灌水器数目; d 为毛管内径，mm; k为毛管局部阻力损失加大系数，1.2 ～1.25; qd为－喷头流量，l/h; s 为毛管上灌水器间距，m; hd为滴头工作压力水头，m; hv为灌水单元内允许灌水器工作水头变差率; Lm为毛管允许最大长度，m; s0为毛管进口至第一个灌水器的距离，m。通过计算得: Nm=15; Lm=87 m。取毛管长度60 m，作为设计长度。

3.1.4 管道的水力计算

1) 干管沿程水头损失计算公式为:

式中: hf为沿程水头损失，m; f 为沿程摩擦系数; L 为管道长度，L =265m; Q 为流量，Q =15.2 m3/h; d 为管道内径，d =75 mm;通过计算: hf=3.5。

支管沿程水头损失:选取对系统最不利的支管计算沿程水头损失，最不利的支管长L1=140 m( d =63 mm) ，通过计算: hf=13.4 m。

对于多毛管分支管的沿程水头损失'计算公式为:

多口系数F =0.376

通过计算: hf=5.1 m

2) 管道的局部水头损失的计算公式为:

选取局部水头损失为沿程水头损的10%，作为设计的沿程水头，则局部水头损失: ∑hj=4.9 m( 其中包括过滤器水头损失)

3) 微喷灌系统设计扬程的计算公式为:

式中: H 为系统设计扬程，m; H0为最不利轮灌组所要求干管进口工作压力，m; △Hj－为干管进口至水源的水头损失，m;Zd为干管进口处的地面高程，m; Zsp为水源动水位，m; 根据现有大口井地下水位情况，井动水位深4 m左右。通过计算:H =22.6 m

3.1.5 水泵与动力机选配

通过以上计算: 得知Q =15 m3/h，H =22.6 m，根据设计扬程及流量选择大口井潜水泵，型号为150QJ20－40/6－4，其配套功率为4 kW。该水泵流量20/h，扬程40 m，水泵满足设计要求。

3.1.6 微喷灌工作制度

1) 每日工作制度的确定，根据木耳生长规律要求，一般灌水时间为上午4—9 时，下午5—10 时，共计10 h。

2) 轮灌方式及分组，根据地块形状，系统压力情况，微喷灌管工作条数等条件确定轮灌编组。每次灌溉8 条毛管，上午和下午各灌水时间0.5 h。

4 结 论

该节水灌溉项目区的建成后，将使36 hm2黑木耳田在节水灌溉措施和先进农艺措施的综合作用下，成为高产、优质、高效农田。同时，与传统的地面灌溉相比，年亩均节水180 m3/666.7 hm2，则 本 项 目年 可 节 水9.72 万m3，节 能2.18 万kW·h，节约电费1.64 万元。工程达到设计能力时，在农业技术措施相同的情况下，每年可增加黑木耳产量32 400 kg，新增产值为162 万元。

［1］牡丹江市水利勘测设计研究院. 牡丹江市三道关乡三岔河水库初步设计报告［R］. 牡丹江: 牡丹江市水利勘测设计研究院，1999.

［2］郑耀泉，刘婴谷，金宏智. 喷灌微喷设备使用与维修［M］. 北京:中国农业出版社，2000.