高效节水灌溉技术-喷灌技术研究

2014-12-19牛国凯

河南科技 2014年20期

关键词：蓄水池补水灌水

李源张宾牛国凯

（郑州市水利建筑勘测设计院，河南郑州 450006）

1 研究区概况

研究区耕地面积12hm2，种植作物类型为露地花卉，水源来自煤矿排水口，提水至新建蓄水池调蓄后进行灌溉，采用固定管道式喷灌。

2 灌溉制度制定

2.1 灌溉定额及设计灌水周期[1]

研究区种植作物为花卉，采用充分灌溉，种植比例100%，年灌水次数为30 次，灌水定额为40mm，灌溉方式为喷灌，灌溉水利用系数0.87，灌溉定额1 200mm，毛灌溉定额1 379.3mm。设计灌水周期根据按下式计算：T=m/Ep。其中，T 为设计灌水周期，d；m 为设计灌水定额，取40mm；EP为作物日需水量，mm/d，取符合设计保证率的代表年的灌水临界期的平均日需水量，花卉取7mm/d。经计算，设计灌水周期为5.7d。

2.2 灌溉制度制定

经过灌溉定额及设计灌溉周期计算，结合当地经验，研究区花卉灌溉制度见表1。

表1 研究区灌溉制度表

3 水源工程

研究区利用北部两座新建蓄水池进行灌溉，水源来自煤矿排水口，根据水源划分控制耕地范围，控制耕地面积A=12hm2，均为花卉。

3.1 单次灌溉最大用水量及年灌溉用水量

根据研究区设计灌溉制度，单次灌溉最大用水量Wm=10m花卉×A/η/10 000=10×40×12/0.87/10 000=0.56 万m3，新建蓄水池总容积需不小于0.56 万m3。新建蓄水池控制耕地年灌溉用水量Wj=0.001M花卉A/η=0.001×1 200×12/0.87=16.55 万m3。

3.2 调蓄工程规模

3.2.1 单次灌溉补水用时

两座新建蓄水池利用排水口进行补水，总排水流量为233.33m3/h，补水方式为一干两支同时补水。单次灌溉最大用水量为0.28 万m3，补水时间为1.5d。结合当地灌溉经验，单次补水最大用时满足灌溉要求，水源控制耕地范围可维持原设计，不需缩小。

3.2.2 调蓄工程规模确定

由于新建蓄水池有外部稳定水源进行补水，调蓄工程规模满足单次灌溉最大用水量需求即可。本次拟定年补水次数为14次，调蓄工程规模为16.55/14=1.18 万m3。本次新建蓄水池规模确定为0.6 万m3，总规模1.2 万m3，可满足控制耕地灌溉需求。

3.2.3 新建蓄水池设计

本次灌溉水源来自煤矿排水口，因煤矿排水含有较多的悬浮颗粒，为满足花卉喷灌用水水质要求，设计矿水沉淀池1 座。矿水沉淀池位于研究区东部，V=3 000m3，设计水深2.5m，平面尺寸为25m×40m，占地面积1 066m2。蓄水池位于研究区北部，根据划分的灌溉区域，以及调蓄工程规模计算，单座V=6 000m2，设计水深2.5m，平面尺寸为40m×50m，占地面积2 091m2。矿水沉淀池及蓄水池迎水面采用M7.5 浆砌石挡墙，池底为300mm 厚浆砌石。浆砌石挡墙每20m 设置2cm 的伸缩缝，采用低发泡沫塑料板填缝。

4 喷头选型和布置间距[2]

喷头拟选用ZY-2 喷头，其工作参数为：喷头直径d 为6.5/3.1（mm），工作压力hp 为0.3（Mpa），流量Q 为2.76（m3/h），射程R 为18.9（m）。喷头设计工作压力为0.3Mpa，设计风速取多年平均风速2m/s，主风向不明确。按照国家标准《喷灌工程技术规范》（GB/T50085-2007）表4.2.4 规定，结合田间实际情况，喷头间距取18m。喷头间距及支管间距按照风向多变设计，采用正方形布置，Ka=Kb=1，a=b=18m，与喷头间距一致。参数校核如下，雾化指标：根据《喷灌工程技术规范》（GB/T50085-2007），蔬菜及花卉喷灌雾化指标Wh 应在4 000～5 000。采用规范规定的公式进行计算，Wh=hp/d=4 615＞4 000，选用喷头的雾化指标满足设计需求。喷灌强度：土壤性质为壤土，根据喷灌规范，允许喷灌强度为12mm/h。本次初选喷头设计喷灌强度按下式计算：ρ=KwCρρs；ρs=1 000q/（πR2）。式中ρ 为设计喷灌强度，mm/h；ρs为无风情况下单喷头全圆喷洒计算强度，计算得ρs=2.46mm/h；q 为喷头流量，取2.76m3/h；R 为喷头射程，取18.9m；Kw为影响喷灌强度的风系数，按单支管多喷头同时全圆喷洒，支管垂直风向计算，1.08v0.194，其中v 为设计风速2m/s，计算得Kw=1.24。 Cρ为影响喷灌强度的组合系数，根据《节水灌溉工程实用手册》取单支管多喷头同时全圆喷洒计算公式：

5 灌溉系统工作制度

灌溉系统工作制度是以灌溉制度为依据，在规定的时间内完成规定的灌水量，主要是系统设备轮灌方案及系统设计流量。灌水定额直接采用花卉灌溉制度中制定的参数，取40mm。结合耕地分布及节水灌溉工程总体布置，研究区分为东、西两部分地块，分别利用新建蓄水池1 及新建蓄水池2 进行灌溉，均采用固定管道式喷灌，固定管道按两级布置。根据研究区田间固定管道布置，对东部及西部地块制定系统设备轮灌方案。西部地块：西部地块共布置12 根支管，分为12 个工作组，根据喷头选型及布置，一个喷头的灌水时间应按下式计算：t=mab/（1 000qpηp）。式中t—1 个工作位置的灌水时间，h；m—设计灌水定额，取40mm；a—喷头布置间距，取18m；b—支管布置间距，取18m；qp—喷头设计流量，取2.76m3/h；ηp—灌溉水利用系数，取0.87。计算得一个工作位置工作时间为5.4h，取6h。一天工作位置数量按下式计算：nd=td/t。式中nd—1 天工作位置数；td—设计日灌水时间，取12h。计算得，一天工作位置数为2 个，同时工作1 根支管，共12个工作位置，灌水周期为6d。由于地块不规则，根据支管间距及喷头间距布置，支管最长达到290m，即同时工作喷头数量最多为290/18=17 个，系统设计流量为2.76×17=46.92m3/h。东部地块计算方法同西部地块。

6 泵站设计[3]

本次设计提水泵站1 座、灌溉泵站2 座。提水泵站：自矿水沉淀池向2 座新建蓄水池输水。在矿水沉淀池出水口处设置提水泵站1 处，取水流量233.33m3/h，输水管道管材为PE100，管径de200，管道耐压0.6Mpa。提水泵站采用离心泵1 台，设计参数Q=250m3/h，H=48m。提水泵站建筑形式为2 间砖混泵房，平面尺寸为7.2m×6.0m，建筑面积为46.43m2。灌溉泵站：自蓄水池向西部地块、东部地块输水。在蓄水池边设置灌溉泵站2 处，单座泵站设置离心泵1 台，设计参数，Q=50m3/h，H=36m，负担东、西部地块。在水泵管路上设置吸水管、闸阀、微阻缓闭止回阀、曲挠橡胶接头等阀门管件。灌溉泵站建筑形式与提水泵站相同。