牡丹江市立新蔬菜节水灌溉设计体会

2013-11-08崔晓阳

黑龙江水利科技 2013年1期

崔晓阳

(牡丹江市城区水土保持办公室，黑龙江牡丹江157000)

1 项目概况

牡丹江市沿江乡是牡丹江市对俄出口蔬菜生产基地，但由于基地生产的水利条件和灌溉技术落后，新技术转化应用率低，使蔬菜产量和品质下降，严重制约和影响绿色蔬菜基地的发展，影响了农民收入。该节水增效灌溉示范项目的建设不但为绿色蔬菜基地改善了生产条件和环境，增加农民收入，调动广大农民发展绿色蔬菜生产的积极性，同时也是我省农业“打绿色牌，走特色路”的具体实践。其示范作用将带动牡丹江绿色产业发展建设，为我市农业发展做出积极的贡献。

2 水源

牡丹江市沿江乡立新节水灌溉项目区水源以地表水为主要灌溉水源。项目区处在牡丹江上游，牡丹江水资源丰富，年径流量为51.8×108m3，牡丹江市城区实际年利用水资源量5.8×108m3，尚有89%的来水没有利用。项目区水化学类型以重酸钙为主，水质矿化度＜1 g/L，色度为5，浑浊度为4，pH值为7，符合灌溉要求，能充分满足农田灌溉用水要求。

3 典型工程设计

项目区内，以单棚为一个控制单元，每个棚控制面积1 6002m形成一个独立的灌溉小区。根据风速、风向、地块形状、作物种植、耕作方向、水源位置等布置干管与支管及分支管。项目区内分为2个大区(即2条支管)，滴灌区总灌溉面积5.76 hm2，共36栋大棚。

3.1 设计参数

经调查和查阅有关资料［1-2］，项目区基础资料和参数为:①项目区均为平地地块;②种植作物，主要是西红柿、黄瓜等喜水作物;③日需水量 w=5 mm/d;④水源:牡丹江水，水深4 m;⑤土壤容重γ=1.38 g/cm3;⑥计划土壤湿润深度h=30 cm;⑦田间持水率Z=36%;⑧滴灌工程的设计保证率90%，滴灌均匀系数0.85;⑨灌溉水利用系数η=0.90;⑩湿润比pw=90%;○11电价为0.76元/kW·h。

3.2 灌溉制度

3.2.1 设计灌水定额

计算公式为:

3.2.2 设计灌水周期

设计灌水周期计算公式为:

3.2.3 一次灌水延续时间计算公式为:

式中:m为设计灌水定额，mm;T为设计灌水周期，d;γ为土壤容重，kg/cm3，取 γ =1.38 g/cm;η为灌溉水利用系数，取η=0.9;h为计划土壤湿润层深度，cm，h=30cm;β1为适宜土壤含水率上限(重量百分比);β2为适宜土壤含水率下限(重量百分比);取(β1-β2)=5.8%;Pw为湿润比，根据有关规定取pw=90%;w为作物日需水量，mm/d;a为滴头间距，m，选取内镶式滴灌管a=0.3 m;b为垄间距，m，大棚内垄间距b=0.5 m;q为滴头流量，m3/h，q=0.003 m3/h;t为一次灌水延续时间，h。

计算得:m=24.01 mm;T=4.5 d;t=1.4 h。设计灌溉制度计算见表1。

表1 设计灌溉制度计算表

3.3 微灌系统的典型设计

3.3.1 滴灌首部枢纽设计

首部枢纽系统一套，其中包括过滤器、水表、压力表、安全阀、止回阀、进排气阀与排水阀各1只。考虑滴灌水源是牡丹江水，选取的过滤器为旋流式水沙分离器和筛网过滤器组合。选用北京通捷机电设备有限公司生产的过滤器，规格为101.6 mm，数量1套，每套流量为60 m3/h，查性能曲线可知，水头损失为7 m。在过滤器出水管后面安装分水管，将水同时分给原有的系统和新增加的系统进行灌溉。

3.3.2 滴灌管及管路布置形式

根据项目区实际情况以及水源地的具体位置:布置干管1条、支管2条，在干管和支管联接处设两个检修井，每个检修井内设置2个闸阀，干管末端和每个支管未端设排水阀，支管通过竖管出地面，安装分支管，分支管每个大棚2条，每条分支管上安装闸阀1个，分支管上安装内镶式滴灌管。

滴灌系统的典型地块为1号大棚，项目区内全部是保护地内灌溉，共有保护地大棚36栋，每个大棚面积0.16 hn2，种植作物为西红柿、黄瓜等喜水作物。根据作物的种类，滴灌区的土壤条件，以及滴灌的田间组合情况和运行方式，确定滴灌管为绿源公司生产的内镶式滴灌管。

选用 q=0.003 m3/h的滴灌管，滴头间距0.3 m，工作压力10～40 m，该滴灌管各项指标能满足蔬菜的用水要求，滴灌管顺垄向布设，长度为16 m。即:a=0.3 m，b=0.5 m，满足土壤允许条件。

为提高管道的利用率，降低设备投资，采取轮灌的灌溉方式。轮灌时，根据设计的灌溉流量以及灌水周期，平均 4.5 d轮灌1次，灌水时间1.4 h，每次灌1.5个大棚。

3.3.3 管道系统设计

3.3.3.1 管材与管径的选择

根据设计流量及相应的沿程水头损失情况以及目前市场现有规格，干管选用Φ75塑料管，长230 m，通过反复试算沿程水头损失情况，最后确定支管选用Φ100和 Φ75两种规格的塑料管，Φ100总长720 m，Φ75总长436 m，分别是东侧地2条支管长272 m，前160 m是 Φ100，后112 m是 Φ75，西侧地 2条支管长306 m，前200 m是Φ100，后106 m是Φ75。

3.3.3.2 管道系统的平面布置

根据水源地情况，干管垂直垄向布置，支管平行垄向布置，分支管垂直垄向布置。干管上分设2条支管，共设72条分支管，总长3 600 m，在分支管上安装内镶式滴灌管。

3.3.3.3 管道系统的结构

干、支管埋入地下(耕层)60 cm处，按一定的比降在支管末端设排水阀1个，支管设Φ50塑料竖管，每条分支管设分水闸阀1个，竖管的高度选取能正常工作就行。为了控制每条支管，在干管和支管联接处设检修井2处，用于灌溉工作和检修，检修井深60 cm、长、宽为120 cm，用砖砌筑。

3.3.3.4 管道设计。

1)分支管设计:分支管流量推算。因各大棚面积相同均为长100 m，宽16 m，垄间距0.5 m，每条垄布置一条内镶式滴灌管，支管布置在大棚中间，由支管向两侧安装分支管各1条，长50 m。每侧大棚滴灌管长1 600 m。通过计算得:q分支=16.2 m3/h。

分支管管径的确定:根据以上计算结果，选取直径Φ32 mm的PE管为输水分支管。

2)支管设计:根据项目区的总体布置情况，共布置2条支管，管长分别为306 m共2条。2条支管灌溉大棚36栋，每条支管灌溉大棚18栋。

3)干管设计:根据项目区的总体布置，布置1条干管，长230 m，干管上联接 2条支管，支管总长612 m。

3.3.4 管道的水力计算［3］

3.3.4.1 滴灌系统流量计算

水泵流量的计算公式:

式中:Q为设计流量，m3/h;m为设计灌水定额，m=16 m3/h;T为设计灌水周期，T=4 d;η为灌溉水利用系数，取η=0.9;η1为干扰抽水的水量削减系数，取η1=0.05;F为控制灌溉面积，F=5.76 hm2;t为灌溉期间每天开机时间，h，取t=16 h。

通过计算:Q=25.3 m3/h。

原有的系统设计流量为Q原=22.4 m3/h。

系统总设计流量为Q总=47.7 m3/h。

3.3.4.2 管道沿程水头损失的计算

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;L为管道长度，L=230 m;Q为流量，Q=47.7 m3/h;d为管道内径，d=100 mm。经计算:hf=5.9 m

2)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=200 m(D=100)，L2=106 m(D=75)。经计算 hf=17.8 m。

对于多滴灌管分支管的沿程水头损失，计算公式为:式中:F为多口系数，F=0.376，经计算:hf=5.6 m。

3)管道的局部水头损失的计算:

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，则局部水头损失计算公式为:

4)滴灌系统设计扬程的计算:

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。经计算H=54.2 m。

3.3.5 水泵与动力机选配

通过以上计算，得知 Q总=47.7 m3/h，H=54.2 m。

根据设计扬程及设计流量选择自吸式离心泵，型号为80BP—55，其配套功率为11 kW。该水泵流量50 m3/h，扬程55 m，以上水泵满足设计要求。

3.3.6 滴灌工作制度

1)每日工作制度的确定。灌溉季节，每日除正常的机泵检修和保养停机外，均可视为工作时间，按系统承担的灌溉面积的大小确定工作时间，一般工作16 h/d。

每日支管工作位置数n=td/t=30条。

2)轮灌方式及分组。根据地块形状，系统压力情况，滴灌管工作条数等条件确定轮灌编组。每次灌溉3条分支管，灌水时间1.4 h。详见表2。

4 结论

牡丹江市近郊农民有着悠久的种菜历史，同时具有丰富的科学技术知识。该项目实施后，不仅使我市的蔬菜种植业结构得到进一步调整和优化，在基地建设的带动下，可辐射全市区6个乡镇，95个行政村，必将形成我市极具市场竞争力的主导产业。同时，蔬菜产出后，可直接供应牡丹江市市民还可出口俄罗斯，为国家出口创汇，实现农业可持续发展。

该节水灌溉项目区的建成，将使5.76 hm 蔬菜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［4］。与传统的地面灌溉相比，节水 2 700 m3/hm2·a，则本项目可节水1.56万 m/a，节能 0.35万 kW·h/a，节约电费0.26万元/a。工程达到设计能力时，在农业技术措施相同的情况下，可增加蔬菜产量9.85万kg/a，新增产值为13.79万元/a。