浅谈河北沧州地区葡萄滴灌系统规划与设计

贾　涛

(沧州水利勘测设计院，河北 沧州 061000)



浅谈河北沧州地区葡萄滴灌系统规划与设计

贾涛

(沧州水利勘测设计院，河北 沧州 061000)

摘要：滴灌技术属全管道输水和局部微量灌溉，能使水分的渗漏和损失降到最低，不存在外围水损失的问题。不但能做到适时地供给作物根区所需水分，又能使水的利用效率大大提高。该技术与传统灌溉技术相比具有节水、节肥、省工等优点。该文阐述了河北沧州地区某村150亩葡萄园滴灌系统方案设计，该设计经实践检验，技术可行，经济效益显著，可为同类工程提供参考。

关键词：沧州地区；滴灌技术；葡萄园；规划与设计

滴灌是利用塑料管道将水通过毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉[1]。它是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，该灌溉方式能使水分的渗漏和损失降低到最低限度。同时，又能做到适时地供应作物根区所需水分，不存在外围水的损失问题，使水的利用效率大大提高，水的利用率可达90%。河北沧州地区地表水严重不足，多年来干旱少雨，地下水采多补少问题十分突出，因此大力发展滴灌技术，对当地果园种植具有更高的节水增产效果。

1项目区概况

项目区地处沧州市区西部，地面高程5.6～10.3 m。地貌成因类型为冲积相和滨海湖积相。项目区气候属温带半湿润大陆性季风气候，多年平均气温12.7~13.4 ℃。最大冻土深60 cm。多年平均降水量570 mm。降水量年际及年内分配极不平衡，主要集中在6—9月份。

项目区选取某村10 hm2地作为典型设计，该区地块长×宽约为420 m×240 m。典型区种植作物为葡萄，株距1 m，行距3 m。节水灌溉方式为滴灌，水源为地块北侧深机井，通过机井泵站提水，经干支管输送到田间支管。该机井出水量为50 m3/h，水质良好，矿化度小于2 g/L，适合于农作物灌溉。机井深度300 m，静水位40 m，动水位70 m。

2项目区滴灌系统规划

项目区滴灌系统规划本着“以供定需”的原则，根据水源供水情况布置滴灌系统管网，具体规划顺序为：系统参数确定→灌水器选择→灌水制度确定→供水面积校核→系统工作制度确定→管网规划设计→经济管径确定→灌水小区管网水力计算→首部枢纽设计。按照以上规划顺序分步实施，能够合理有序地将滴管系统与田间需水要求相结合[2-4]。

2.1设计参数的确定

项目区作物需水高峰期平均日耗水量4 mm/d；灌溉水利用系数0.9；计划湿润层深度，Z=80 cm；适宜含水量上限θmax=90%β田；适宜含水量下限θmin=65%β田；田间持水量(重量比)β田=23%；设计灌水均匀度Cu=90%；滴灌设计保证率为75%；设计土壤湿润比P=33.3%。

2.2灌水器选择与布置

根据葡萄需水规律和栽培模式，每行果树布置一条毛管，间距为3.0 m。灌水器选用内镶圆柱式滴灌带，内径16.0 mm，壁厚0.4 mm，工作压力0.10 MPa,滴头标准流量为2.7 L/h，滴头间距0.5 m。管中水流为紊流，流态指数X=0.5。灌水器布置示意图如图1所示。

图1　葡萄园灌水器布置示意图

2.3灌水制度确定

(1)最大净灌水定额按下式计算：

(1)

式中:m为设计最大净灌水定额，mm;γ为土壤干容重，壤土取γ=1.45g/cm3;Z为计划湿润层深度，cm;θmax为适宜含水量上限，θmax=90%β田；θmin为适宜含水量下限，θmin=65%β田；β田为田间持水量(重量比)，取23%；P为设计土壤湿润比，%。

经计算m=22.21mm。

(2)毛灌水定额。根据净灌水定额除以灌溉水利用系数计算，灌溉水利用系数取0.9，计算结果确定毛灌水定额为24.67mm。

(3)灌水周期按下式计算：

(2)

式中:T为设计灌水周期，d;m为设计灌水定额，mm；EP为作物需水高峰期平均日耗水量，mm/d，取4 mm/d。

经计算T=5.6 d。

2.4单井供水面积校核

项目区采用单井灌溉，该项计算主要核实单井出水量是否满足灌溉要求。一个灌水周期内单井的灌溉面积，按下式计算：

(3)

式中：η为灌溉水利用系数，取0.9;C为一天运行的小时数，本工程取18 h；Q井为机井出水量，m3/h，取50；Ia为设计供水强度，mm/d,取4。

经计算A=20.25 hm2，本项目区典型设计地块面积为10 hm2，单井出水量满足项目区地块灌溉要求。

2.5系统工作制度确定

(1)一次灌水持续时间按下式计算：

(4)

式中：t为一次灌水延续时间，h;m′为设计毛灌水定额，mm，取22.21 mm；Se为灌水器间距,m，取0.5 m;Sl为毛管间距,m，取3.0 m；qd为设计流量L/h，取2.7 L/h。

经计算t= 13.7 h。

(2)系统允许最大轮灌组数，按下式计算：

(5)

式中：Nmax为系统允许最大轮灌组数，取整数;C为一天运行的小时数，取18 h；T为设计灌水周期，取5.6 d;t为一次灌水延续时间，取13.7 h。

经计算Nmax=7。

2.6管网规划设计

滴灌系统采用如下结构：泵房(水源)→计量装置(水表、压力表)→施肥罐(施肥控制装置)→分干管(地埋PVC管)→支管(地面PE管)→毛管(滴灌带)。支管的管材选用PE管材，支管沿田块中间布置，毛管垂直于支管布置。每行果树布置一条毛管，间距为3 m。毛管选用Φ16 mm的圆柱式滴灌管。

2.6.1支、毛管水头差分配与毛管极限长度的确定

(1)支、毛管水头差分配。当qv=20%时，hv= 0.41灌水小区允许的最大水头偏差按下式计算。

(6)

(7)

(8)

式中:hmax为灌水小区允许的最大水头，m；hmin为灌水小区允许的最小水头，m；ΔHS为灌水小区允许的最大水头偏差，m。

经计算ΔHS=4.11 m。

根据支、毛管水头差分配比，按下列公式计算支、毛管分配水头：

(9)

(10)

式中：ΔH毛为毛管分配的水头差，m；ΔH支为支管分配的水头差，m；经计算ΔH毛=2.26 m，ΔH支=1.85 m。

(2)毛管极限分流孔数。毛管极限分流孔数按下式计算:

(11)

式中：Nm为毛管极限分流孔数;INT为取整；[△h毛]为毛管允许水头偏差，为2.26 m;d为毛管内径，取15.2 mm；k为毛管总水头损失与沿程水头损失之比，取1.1;s为毛管分流孔间距，取0.5 m；qd为毛管单孔设计流量，取2.7 L/h。

经计算，Nm=182，单根毛管最大允许长度为91 m。

2.6.2管网布置、轮灌组确定、设计流量及管径的选择

毛管沿葡萄种植方向直线铺设，毛管在支管两侧双向铺设。管网系统布置如图2所示。轮灌组数见表1。

2.6.3校核轮灌组

根据表1中数据可知，系统划分为4个轮灌组，其小于最大轮灌组7。同时，轮灌组干管最大流量为45.36 m3/h，其值小于水井的出水量50 m3/h，轮灌组均满足水量平衡的要求。

图2　管网系统布置

分干管编号轮灌组编号工作支管编号支管长度(m)毛管根数(根)单根毛管长度(m)单根毛管灌水器数量(个)单根毛管流量(m3/h)支管流量(m3/h)分干管流量(m3/h)轮灌组控制面积(hm2)分干111-1支10570601200.32422.6845.362.51-2支10570601200.32422.6821-3支10570601200.32422.6845.362.51-4支10570601200.32422.68分干232-1支10570601200.32422.6845.362.52-2支10570601200.32422.6842-3支10570601200.32422.6845.362.52-4支10570601200.32422.68合计84056010

注：由表1可知单根毛管长度60 m，均满足单根毛管最大允许长度91 m要求。

2.7支管、干管经济管径计算

(1)管网的经济管径由下式计算得出：

(12)

式中：D为管段直径，m；q为管段流量，m3/s；v为经济流速，1.2 m/s。经计算，干管、分干管选用DN125 mm，0.63 MPa，PVC-U管，支管选用DN75 mm，0.4 MPa PE管。

2.8灌水小区管网水力计算

(1)毛管进口工作水头计算。毛管进口工作水头按下式计算：

hm=hl+1.1hf

(13)

式中：hm为毛管进口工作水头，m;hl为毛管沿程水头损失，m；hf为毛管局部水头损失，m；经计算hm=13.00 m。

(2)干管、分干管、支管水头及首部泵站管网水头损失计算。水头损失计算方法同毛管，计算成果见表2。

表2　干管、分干管、支管及首部泵站管网水头

2.9首部枢纽设计

(1)扬程计算。系统设计扬程应按下式计算：

(14)

式中：H为系统设计水头，m；Zp为典型管网的地进口高程，m；Zb为水源水面高程，m；h0为灌水小区进口设计水头，m；∑hf为由系统进口首部至典型灌水小区进口的管道沿程水头损失，m；∑hj为由系统进口首部至典型灌水小区进口的管道局部水头损失，m；经计算H=93.78 m。

(2)水泵选型。选用200QJ50-100/5潜水泵，配套潜水电机功率25 kW。

3结论

该滴灌系统投入使用后，较传统灌溉技术减少地下水开采0.45万m3/a，极大缓解了项目区水资源不足的现象，提高了水资源承载能力，改善了用水环境，为水资源的可持续利用创造了良好的条件，同时提高了果园产量，经济效益和社会效益显著。

参考文献：

[1]罗金辉.节水灌溉理论与技术[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[2]郭元裕.农田水利学[M].北京：水利电力出版社，1992.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.微灌工程技术规范：GB/T 50485-2009[S].北京：中国计划出版社，2009.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.节水灌溉工程技术规范：GB/T 50363-2006[S].北京：中国计划出版社，2005.

Introduction of planning and design of grape drip irrigation system in Cangzhou region, Hebei Province

JIA Tao

(CangzhouSurveyandDesignInstituteofWaterconservancy,Cangzhou061000,China)

Abstract：Drip irrigation is part of pipeline and local micro irrigation, and it minimizes water leakage and loss to the least, solving the problem of peripheral water loss. It can supply crop root zone water in time and lift water use efficiency greatly. Comparing with traditional irrigation, the technology has the advantage of saving water, fertilizer and work. This article expounds 150 acres of vineyard drip irrigation system design in a village of Cangzhou region, Hebei Province . Through the test of practice, the design is confirmed of technical feasibility, and the economic benefit is remarkable, which makes it a reference for similar projects in the region.

Key words：Cangzhou region;drip irrigation technology;the vineyard;planning and design

中图分类号：S275.6

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)01-0043-04

作者简介：贾涛(1984-)，男，工程师，主要从事水工结构设计方面的工作。E-mail：13303177663@163.com