浅谈渭北高原果园滴灌方案设计

李少宜 张荣 王东林

摘 要：滴灌技术与传统灌溉技术相比具有节水、节肥、省工、地形适应能力强等优点。本文阐述了渭北高原某村500亩果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，可为同类工程参考。

关键词：渭北高原； 果园； 滴灌； 方案设计

On Weibei highland orchard drip irrigation design

Li Shaoyi ， Zhang Rong， Wang Dong-lin

Abstract： The technology of drip irrigation compared with conventional irrigation technologies with water-saving， fertilizer， labor， terrain adaptability， and advantages. This paper describes the Weibei highland village in 500 acres of orchards drip irrigation system design， the design， practice tests， technical feasibility， economic benefits can be a reference for similar projects.

Keywords： Weibei plateau； orchard； drip irrigation； design

1.项目区概况

项目区地处渭北高原，区内地形复杂，梁峁相间，沟壑纵横，土地面积分割成小块，难以实现集中连片形成规模，而且相对高差大，取水成本较高。总的地势北高南低。地形为黄土梁峁沟壑区，耕地多为梯田，坡度在13.1%～4.3%之间。作物种植以果树为主，玉米、小麦和蔬菜为辅，因此农业灌溉以喷灌、滴管及小管出流等节水灌溉方式为宜。

项目区气候属暖温带大陆性半湿润易干旱气候，四季冷暖干湿分明，春冬季干燥寒冷，夏秋季炎热多雨，全年平均气温10.6℃，极端最高气温39.7℃，最低气温-16.0℃，无霜期201d（最长 272d，最短164d），最大冻土深度70cm，最大风速26.0m/s，多年平均日照时数为2356.6h，年平均降雨量615.9mm，年平均水面蒸发量1394mm。

冬季干燥寒冷，雨水较少；春季湿度回升，降水增多，日温差较大，易出现寒潮霜冻大风，常有春旱发生；夏季降水较多而且集中在7、8、9三个月，常伴有大风、冰雹和局部暴雨，易出现夏旱和伏旱；初秋多连阴雨，晚秋天气较为睛朗。

项目区选取某村500亩地作为典型设计，项目区分10个区，每区地块长×宽约为150m×150m左右。典型区种植作物为苹果，株距3m，行距4m。节水灌溉方式为滴灌，水源为五一水库，通过泵站提水至蓄水池，然后经干支管输送到田间支管。

2.滴灌灌溉制度

2.1设计参数的确定

计划湿润层深度，h=120cm；适宜含水量上限βmax=85%θ；适宜含水量下限βmin=65%θ；田间持水量（重量比）θ=19%；灌溉水利用系数η=0.90；作物日耗水强度Ep=4.0mm/d；土壤容重γ=1.3g/cm3 ；设计土壤湿润比P=23%；设计灌水均匀度Cu=90%；滴灌设计保证率为75%。

2.2设计灌水定额

=0.1rzp（θmax -θmin）/η

式中： —设计灌水定额，mm； η—灌溉水利用系数，取η=0.9； r—土壤容重，1.3g/cm3；z—土壤计划湿润土层深度，取1.2m；p—设计土壤湿润比，取23（%）；θmax—适宜土壤含水率上限，取16.2（%）；θmin—适宜土壤含水率下限，取12.4（%）。

经计算，m滴=15mm =10.01m3/亩。取m滴 =10m3/亩。

2.3灌水周期

式中：T—设计灌水周期，d；Ea—作物耗水强度，取4mm/d； —设计灌水定额，15mm（10m3/亩）；η—灌溉水利用系数，取η=0.90。经计算，T=3.38d，灌水周期取3d。

3.毛管与滴头间距的确定

项目区种植为苹果树，果树行距4m，株距3m，毛管选择边翼迷宫式滴灌带，采用一行树一条毛管的方式布置，其中每颗果树布置两个滴头，滴头间距Se=1.0m，毛管间距S1=4.0m。

3.1一次灌水延续时间（t）

式中：Sr—果树行距，取4m；St—果树株距，取3m； —设计灌水定额，15mm；

qd—滴头流量，3.75L/h；n—1颗果树下滴头的数目，取n=3。

经计算，一次灌水延续时间t=16h。

3.2 轮灌区数目

一次灌水时间取t=16h，轮灌组N=20h×3/16h=3.75组。即，实际最大轮灌区，取N=4组。

4.管网总体布置

滴灌系统采用如下结构：干管（水源）→干（分干）管→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（地埋PVC管）→毛管（滴灌带）。支管的管材选用PVC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4m。毛管选用φ16mm的内镶贴片式滴灌带。为了防冻，支管按不小于1.5‰的坡度在管道未端设排水井。

5.滴灌系统的工作制度

本方案按单井控制果园面积为500亩，典型区共布置3条支管，60条毛管，每条毛管平均控制1500条滴灌带。在进行灌溉时，一次开1条支管，一条支管共开20条毛管作为一个轮灌组，共分3个轮灌组。每个轮灌组的灌水延续时间t是16小时，需要3天灌完。

6.管道设计及水力计算

6.1毛管水头损失计算

毛管进口流量 （75/1.0）*0.00375=0.281 m3/h

毛管选用边翼迷宫式滴灌带，内径为16mm。

沿程损失水头：

式中： —沿程水头损失，m；S—分流孔间距，取1.0m；S0—多孔管进水口至首孔的间距，取0.5m；N—分流孔数，N取75；qd—单孔设计流量。

经计算，毛管沿程水头损失 =0.005m

毛管的局部水头损失可按沿程损失的20%考虑，即hj毛=0.06×20%=0.001m。

毛管总水头损失：h毛=hf毛+hj毛=0.006m。

6.2支管管径及水头损失计算

一次灌溉每条支管同时最多开启25条毛管，用一条毛管控制，则：

Q辅=Q毛×20=0.281×25=7.03m3/h。

支管管径按管道经济流速1.5确定 =40.7m

则支管选用DN50UPE管，工作压力0.2Mpa。

沿程损失水头：

式中： —沿程水头损失，m；S—分流孔间距，取3m；S0—多孔管进水口至首孔的间距，取1m；N—分流孔数，N取25；qd—单孔设计流量，取7.03m3/h。

经计算，支管沿程水头损失 =0.002m。支管局损按沿损20%计，即hj辅=20%hf辅=0.0004m。则支管总水头损失为：h辅=hf辅+hj辅=0.002m。

6.3分干管管径及水头损失计算

一条分干管开启20条支管，则Q支=Q辅=7.03×20=140.6m3/h

分干管管径按管道经济流速1.5确定

=182mm

分干管选取DN180UPVC管，工作压力0.4Mpa。

分干管沿程水头损失

式中： —沿程水头损失，m；f—摩阻系数；Q—流量，取140.6m3/h ；d—管道内径，mm；L—管长，取750m。m—流量指数；b—管径指数。

经计算，分干管沿程水头损失 =7.91m

分干管局损按沿损10%计，则支管总水头损失h支=hf支+hj支=8.70m。

6.4干管管径及流量计算

一条干管开启1条分干管，则Q干=Q分干=7.03×20=140.6m3/h

干管选取DN200UPVC管，工作压力0.6Mpa。

6.5管材及管径计算统计成果

7.结论

该滴灌系统投入使用后，较传统灌溉技术省水60%，同时减少了肥料及农药施用量，病虫害的发生也大大降低，为果树提供了较佳的生长环境，增产达20%以上，大大提高了农民经济收入，经济效益和社会效益显著。