新疆福海县小洼漕草料基地建设项目中自压滴灌技术的应用

马晓立

(新疆瑞祥农牧工程咨询设计院有限公司， 新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆福海县小洼漕草料基地建设项目中自压滴灌技术的应用

马晓立

(新疆瑞祥农牧工程咨询设计院有限公司， 新疆 乌鲁木齐 830000)

自压滴灌技术作为一种较为理想的节水灌溉方式，有效利用地形落差对作物进行灌溉，具有节约用水、耗能低、运行成本低、收益高和便于管理等特点。目前福海县小洼槽草料基地建设项目已经成功建成自压滴灌系统，运行效果非常显著。

自压滴灌技术； 农田； 灌溉； 应用

1 工程概况

福海县位于新疆阿勒泰地区中部，东邻富蕴县，西接阿勒泰市、吉木乃县、和布克赛尔县，北与蒙古人民共和国接壤，南与昌吉回族自治州毗邻。小洼漕项目区北面距福海县城约120km，地处乌伦古河以南、古尔班通古特沙漠北缘、顶山中部的小洼槽一带。地貌属于准噶尔盆地北部缓坡地带，主要地貌类型为凹陷的洼地与起伏的丘陵。项目区地处欧亚大陆腹地，远离海洋，气候干旱，属寒温带大陆性干旱气候。项目区多年平均降雨量114.1mm，年均蒸发量1844.4mm，水资源非常有限，季节性缺水明显，因此推广节水灌溉技术是此项目稳定发展的必然选择。项目区灌溉面积较大，水源至项目区内部地形落差较大，约为80m，平均纵坡12‰。

2 灌溉方式选择

通常节水灌溉可选择滴灌、喷灌及管道灌等方式。根据田间灌溉所需压力、作物生长习性以及节水等要求，滴灌技术的应用效果是比较理想的，有加压滴灌和自压滴灌两种。自压滴灌技术是利用自然地形落差实现滴灌灌溉的一种技术，具有节约用水、耗能低、运行成本低、收益高和便于管理等特点。结合以上几点，小洼槽草料基地项目采用自压滴灌技术，实施后效果非常显著。

3 自压滴灌工程设计

3.1 自压滴灌系统构成

小洼槽草料基地项目控制面积为3.7万亩，包括场外工程和场内工程两部分。其中，场外工程包括引水枢纽、沉淀池、主干管和支干管；场内工程包括首部(组合过滤器和施肥罐)、干管、分干管、支管和滴灌带。自压滴灌系统组成为水源、引水枢纽、沉淀池、主干管、首部、干管、分干管、支管、滴灌带、滴头。

3.2 场外工程设计

3.2.1 引水枢纽设计

引水枢纽工程可分以下两段：上段为横向(相对于退水闸出流方向)直线矩形断面取水槽段，长50m。引水道起点0+000在退水闸出流段末端左岸侧，断面为矩形混凝土结构；取水槽末端设控制闸。下段为进水渠段，将水送入沉淀池。渠长147m，为现浇混凝土板梯形断面，设计流量2.0m3/s，加大流量2.5m3/s。

3.2.2 沉淀池设计

沉淀池采用平流式，为整个项目区的水量调节池，同时具泥池沉淀处理功能。

a.流量计算。设计流量=系统总流量+沉淀池损失流量。

系统总流量根据《微灌工程技术规范》(GB/T 50485—2009)(以下简称《规范》)中3.2.1条，按下式

计算：

式中A——灌溉面积，hm2；

Qs——水源可供流量，m3/h；

Ia——设计供水强度，取6.5mm/d；

η——灌溉水利用系数，取0.9；

td——水源日供水小时数，取22h/d；

最终确定沉淀池设计流量为12449m3/h。

b.设计参数选取。停留时间T取2h，表面负荷率ν0为1.7m/h，泥沙浓度C0为2.7kg/m3，水平流速v为60m/h，沉淀池设计流量Q为12449m3/h，泥沙容重γ取1780kg/m3。

c.最终确定沉淀池底长120m，底宽60m，池深4.3m，内边坡1∶1.5；进水池长度10m，宽度8m，深4.5m。

3.2.3 主干管和支干管设计

经过比较，管径大于400mm及以上采用玻璃钢管、管径小于400mm采用PVC-U管是比较经济的。根据《规范》要求，由管内流量、管材经济流速、水头损失、管道静水压力及生产厂家管材的压力等级等计算确定：主干管采用工作压力等级为0.6～1.0MPa的玻璃钢管，管径为400～1200mm；支干管采用工作压力为0.8MPa的玻璃钢管和PVC-U管，管径为315～600mm。主干管和支干管地埋铺设，分水处设分水阀井，管道最高点设排气井，管道最低处和末端设排水井。

3.3 场内工程设计

3.3.1 首部设计

首部设计主要是系统首部的过滤器、施肥罐、量测设备的设备选型设计。由于采用自压滴灌，为了防止田间系统压力过大，每个系统在进过滤器前均安装闸阀、减压阀和快速泄压阀，用于调节水量和压力。首部连接为支干管→闸阀→调压阀→快速泄压阀→闸阀→过滤器(施肥罐)→干管。每个系统首部建砖混管理房1座。

a.过滤器选型。项目区水源为地表水，从沉沙池取水，所含杂质主要为细砂，选用“砂过滤器(S)+筛网过滤器(W)”，确保水质达到灌溉系统的要求，保证灌水器使用过程中不会发生堵塞现象。过滤器采用自动反冲洗式，根据各系统流量配备过流量为400m3/h、450m3/h、500m3/h、550m3/h、600m3/h、650m3/h和700m3/h的过滤器。

b.施肥罐选型。根据系统灌溉面积不同，配备型号SFG-200和SFG-300的压差式施肥罐。

c.控制设备。每个首部安装2套控制闸阀。

d.量测及安全设备。每套过滤器均配备4个压力表、3个排气阀、1台水表量测设备。

3.3.2 田间基本参数确定

a.灌溉水利用系数。根据《规范》，管道输水利用系数取0.98，田间水利用系数取0.92，则灌溉水利用系数为η=η管道η田间=0.90。

c.灌水小区允许水头(流量)偏差率。根据《规范》4.0.6条，灌水小区灌水器设计允许流量偏差率应满足[qv]≤20%，取qv=20%。

水头偏差率按下式

计算：

式中 [hv]——灌水器工作水头偏差率，%；

qv——灌水器流量偏差率，取20%；

x——灌水器流态指数，取0.6。

计算得[hv]=0.34。

d.土壤湿润比。按下式计算：

式中P——土壤湿润比，%；

Sw——湿润带宽度，取0.67m；

Sl——滴管带间距，取0.9m；

Se——滴头间距，取0.3m；

St——作物株距，取0.15m；

Sr——毛管直线布置时一条毛管灌溉的作物行数，取2；

n——一棵作物作占有的灌水器数目，n=St/Se×Sn。

计算得：P=75%。

e.设计灌水定额。根据《规范》4.0.10条，按下式计算：

mmax=0.001γzP(θmax-θmin)

式中mmax——最大净灌水定额，mm；

γ——土壤容重，取1.45g/cm3；

z——土壤计划湿润层深度，取45cm；

P——土壤湿润比，取75%；

θmax——适宜土壤含水率上限(重量百分比)，21.60%；

θmin——适宜土壤含水率下限(重量百分比)，15.60%。

计算得m=29.36mm。

f.设计灌水周期。根据《规范》4.0.11条，按下式计算：

T≤Tmax

其中

Tmax=mmax/Ia

式中T——设计灌水周期，d；

Tmax——最大灌水周期，d。

计算得Tmax=4.52d，取4.5d。

g.设计灌水定额。根据《规范》4.0.12条，按下公式计算：

md=TIa

式中md——设计净灌水定额，mm；

m′——设计毛灌水定额，mm。

计算得m′=32.63mm

h.一次灌水延续时间。根据《规范》4.0.10条，按下式计算：

式中qd——滴头设计流量，取2.4L/h；

SL——滴管带间距，取0.9m

Se——滴头间距，取0.3m。

计算得t=3.67h，取3.67h。

i.轮灌组。根据《规范》按下式计算：

N≤CT/t

式中N——设计最大轮灌组数。

计算得N=22。

3.3.3 系统轮灌制度

在运行管理中，要严格按照轮灌制度表开启各级阀门，控制阀门的启闭时间，遵守先开启下级阀门再开启上级阀门、先关闭上级阀门再关闭下级阀门的要求，同时要防止水锤和负压破坏闸阀和管道。进入冬季的非灌溉期必须将所有地埋管、地面管和沉淀池内的存水彻底放出排空，以防止入冬后管道冻裂或池壁冻胀造成损失。

3.3.4 田间管网设计

田间管网包括干管、分干管、出地栓、支管和滴灌带。根据《规范》要求，由管内流量、管材经济流速、水头损失、管道静水压力及管材的压力等级等计算确定。系统干管、分干管均采用工作压力为0.6MPa和0.8MPa的PVC-U管，干管管径为160～315mm，分干管管径为110～160mm；出地栓采用工作压力为1.0MPa的PVC-U管，管径为90mm；支管选用工作压力为0.25MPa的PE管，管径为90mm；滴管带选用WDF16/2.4-100型，为PE管，内径16mm，壁厚0.18mm，滴头流量2.4L/h，滴头间距0.3m，铺设间距0.9m。干管、分干管地埋铺设，分水处设分水阀井，管道最高点设排气井，管道最低处和末端设排水井；支管和滴管带铺设于地表。

4 工程效益

该自压滴灌项目建成后，比地面灌溉节约用水111万m3，节约的水量可用于其他项目的灌溉；该项目利用地形落差不需要动力，运行成本比加压滴灌节约了28.5万元电费(加压滴灌水泵扬程按25m、电价按0.5元/(kW·w)计算)；作物的产量也得到了一定的提高。

5 结 语

该项目的建成，使项目区内农田水利基础设施得以配套，改良了土地，改善了环境，提高了农业科技水平，有效地促进了农业发展、农民增收，并且带动了当地林、牧、副业发展，增加了就业机会，带动了农业经济发展；使项目区用水效率大幅度提高，取得了非常显著的增产效益。自压滴灌技术的应用，不仅可以有效实现节水灌溉目标，还可以提高水资源的利用率，节约能源，方便管理，真正走向节水农业发展道路。

[1] GB/T 50485—2009微灌工程技术规范[M].北京：中国计划出版社，2009.

[2] GB/T 50363—2006节水灌溉技术规范[M].北京：中国计划出版社，2006.

[3] 顾烈烽.大田滴灌工程设计图集[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

Application of self-pressure drip irrigation by gravity at Xinjiang Fuhai Xiaowacao Forage Base Construction Project

MA Xiaoli

(XinjiangRuixiangAgro-pastoralEngineeringConsulting&DesigningInstituteCo.,Ltd.,Urumqi830000，China)

As an ideal means of water-saving irrigation, drip irrigation by gravity can irrigate crops by taking advantage of topological fall effectively, with the advantages of water saving, low energy consumption, low cost, high benefits and easy management. Currently, the drip irrigation system by gravity has been built successfully at the Fuhai Xiaowacao Forage Base Construction Project, and it has exerted a very significant operating effect.

drip irrigation by gravity; farmland; irrigation; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.019

TV213

B

1005-4774(2015)03-0070-03