沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌工程设计

苏继发

(云南卓一工程咨询有限公司， 云南 昆明 650000)

沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌工程设计

苏继发

(云南卓一工程咨询有限公司， 云南 昆明 650000)

云南省沾益区炎方乡来远银杏苗圃采用滴灌方式灌溉，设计灌溉面积180hm2，支管、毛管铺设是滴灌设计的核心内容。以项目区基本资料和灌溉制度为基础，通过水力计算来确定支管、毛管铺设参数。项目区分10组轮灌，灌水周期5d，灌水延续时间6h，净灌水定额18mm，毛灌水定额20mm。滴头流量2L/h，工作压力水头15m。最终：支管铺设长60m，间距60m，50孔，选用0.8MPa DN63PE100级管； 毛管铺设长100m，间距1.2m，100孔，选用0.6MPaDN25PE100级管； 选用φ16(0.15MPa)压力补偿滴头。

滴灌工程设计； 管线铺设； 高效节水灌溉； 来远银杏苗圃

1 项目区概况及设计基本资料

云南省曲靖市沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌面积180hm2，工程等别为Ⅴ等5级，设计现状基准年为2010年，设计水平年为2020年，地震基本烈度为Ⅶ度。滴灌系统布置为：水源→蓄水池→干管→首部枢纽→分干管→支管→毛管。项目区土壤为中壤土，日耗水强度Ea为3.5mm/d，计划湿润深度Z为0.58m，土壤干容重为1.37g/cm3，田间持水率FC为25%(占干土重量的百分数)，灌溉水利用系数η为0.9，适宜土壤含水率上限(重量百分比)为90%，适宜土壤含水率下限(重量百分比)为72%。苗圃银杏沿等高线种植，选用φ16(150kPa)压力补偿滴头，滴头流量为2L/h，工作压力水头为15m。

2 灌溉制度设计

2.1 最大净灌水定额或最大净灌水深度

最大净灌水定额或最大净灌水深度按式(1)计算:

mmax=0.001γzp(θmax-θmin)

(1)

式中mmax——最大净灌水定额(最大净灌水深度)，mm；

γ——土壤容重，1.37g/cm3；

z——计划土壤湿润层深度，0.58m；

p——设计土壤湿润比，50%；

θmax——适宜土壤含水率上限，θmax=25%×90%=22.5%；

θmin——适宜土壤含水率下限，θmin=25%×72%=18%。

经计算得：mmax=17.9mm=12m3/亩。

2.2 设计灌水周期

设计灌水周期T按式(2)和式(3)确定:

T≤Tmax

(2)

Tmax=m/Ea

(3)

式中mmax——最大净灌水定额，17.9mm；

Ea——设计耗水强度，3.5m/d；

Tmax——最大灌水周期，d；

T——设计灌水周期，d。

经计算得：Tmax=5.11d，取T=5d。

2.3 设计灌水定额

设计灌水定额按式(4)和式(5)确定:

m=TEa

(4)

m′=m/η

(5)

式中m——设计净灌水定额，mm；

m′——设计毛灌水定额，mm；

Ea——设计耗水强度，3.8mm/d；

η——灌溉水利用系数，0.9。

经计算得：m=18mm=12m3/亩；m′=20mm=13.34m3/亩。

2.4 设计一次灌水延续时间

一次灌水延续时间按式(6)确定:

(6)

式中t——一次灌水延续时间，h；

m′——一次滴灌用水量，20mm；

Se——灌水器间距，0.5m；

Si——滴灌管间距，1.2m；

η——灌溉水利用系数，0.9；

q——灌水器流量，2.0L/h。

依据式(6)，经计算，一次灌水延续时间取t=6h。

2.5 系统工作制度

系统工作制度按式(7)确定:

N=(TC)/t

(7)

式中T——灌溉周期，取5d；

C——每天计划工作的时间，取12h；

t——一次灌水延续时间，取6h。

经计算，得N=10，即取各区轮灌组数分别为10组。滴灌区分为10个片区进行分组轮灌，每个片区面积为18hm2。干管的流量由灌区内最大轮灌组的流量确定。

3 灌水小区设计

3.1 灌水小区设计允许水头偏差

a.流量偏差率 [qv]。灌水器设计流量允许偏差率应不大于20%，取[qv]=20%。

b.设计允许水头偏差 [hv]。滴灌的流态指数x=0.4～0.6，取x=0.5。由式(8)可得：

(8)

c.设计允许压力偏差[Δh]。由公式[Δh]=[hv]×ha，又因ha=hd=15m ，可得：[Δh]=[hv]×ha=0.412×15=6.18m。

3.2 灌水小区设计允许水头偏差在支管、毛管之间的分配

项目区田面较均匀，支管和毛管均按均匀坡设计。根据实践经验，灌水小区允许水头偏差在支、毛管间点的分配比例为：β1=0.5，β2=0.5。

故，[Δh支]=β1[Δh]=0.5×6.18=3.09m；[Δh毛]=β2[Δh]=0.5×6.18=3.09m。

支管上的允许水头偏差 [Δh支]=3.09m；毛管上的允许水头偏差[Δh毛]=3.09m。

3.3 毛管水力计算

3.3.1 毛管降比

毛管降比按式(9)计算，经计算γ毛=±1122.4。

(9)

式中γ毛——毛管最下游管段的水力坡降；

J毛——沿毛管的地形比降，取J毛=±0.004；

d——毛管内径，d=16mm；

k毛——水头损失扩大系数，为毛管总水头损失与沿程水头损失的比值，取k毛=1.1；

f毛——摩阻系数，取f毛=0.505；

qd——滴头设计流量，取qd=2.0L/h。

3.3.2 毛管压比

毛管压比按式(10)计算，经计算G毛=1.19×10-7。

(10)

式中G毛——毛管最下游管段的总水头损失；

S——毛管上出水口(滴头)间距，S=0.5m；

qd——滴头设计流量，取qd=2.0L/h；

hd——滴头设计水头，hd=15m。

3.3.3 毛管极限孔数

a.顺坡毛管极限孔数Nm顺。顺坡降比γ毛=1122.4>1，按下述方法确定顺坡毛管极限孔数Nm顺=248。

=(1+1122.40.571)= (1+1122.40.571) =56

计算Φ：

计算Nm顺：因Φ=28.8>1，故Nm顺的计算按式(11)计算。

(11)

经试算，Nm顺=248。

b.逆坡毛管极限孔数Nm逆。逆坡降比γ毛=1122.4<1，按下述方法确定逆坡毛管极限孔数。

(12)

经试算，Nm逆=213。

3.3.4 毛管极限长度Lm

式中S——滴头间距，S=0.5m；

S0——毛管的进口至第一个滴头的距离，So=0.25m。

顺坡毛管的极限长度：Lm顺=S(Nm逆-1)+So=0.5×(248-1)+0.25=123.75m

逆坡毛管的极限长度：Lm逆=S(Nm逆-1)+So=0.5×(213-1)+0.25=106.25m

3.3.5 顺坡毛管的最大压力差 Δhmax

毛管总长度为L毛=100m，毛管间距S=0.5m，因此毛管上的出水口数目为：100/0.5=200个，由前面计算可知，Nm顺=213个，实际孔数取Nm顺=100个。

a.最大压力孔Pm:

因

=0.9802<1

(13)

则，最大压力孔在首孔， 即：Pm=1。

b.最小压力孔Pn:

(14)

c.顺坡毛管的最大压力差 Δhmax按式(15)计算：

(15)

经计算，Δhmax顺=0.06m<[Δh毛]=3.09m。

3.3.6 逆坡毛管的最大压力差Δhmax逆

当γ≤1，pm=1，Pn=N时，Δhmax按式(16)计算：

(16)

经计算，Δhma逆=0.004m<[Δh毛]=3.09m。

3.3.7 顺坡毛管进口工作压力

a.第一个出水口至最后一个出水口的水头损失ΔH=0.202m，按式(17)计算:

(17)

b.毛管上第一个出水口的水头h1毛按式(18)计算:

(18)

h1毛=15+0.7297×0.38-0.5×(100-1)

×0.004×0.5=15.56m

式中R——平均磨损比，根据出水口个数N，当N=100个时，R=0.7297。

c.毛管进口工作压力h0毛=15.56m按式(19)计算:

(19)

即：H0毛=15.56+1.1×0.505×0.25×(100×2.0)1.75/164.75-0.004×0.25=15.56m3.3.8 逆坡毛管进口工作压力逆坡毛管工作压力应与顺坡毛管工作压力相等。

3.3.9 毛管铺设

毛管总长度取L毛=100m，种植株距0.5m，行距1.2m，毛管的顺坡最大压力差Δhmax顺与毛管的逆坡最大压力差 Δhmax逆均不大于毛管上的最大允许压力差[Δh毛]，毛管顺坡的孔数N顺和逆坡的孔数N逆均为100个，每隔1.2m布置一条内径16mm滴灌管，选用0.6MPaDN25PE100级管。

3.4 支管水力计算

3.4.1 参数确定

初选外径63mm，内径D=58.3mm的PE100级管。

a.支管的降比r支同式(9)计算，式中参数同前，经计算r支=±49.06。

b.支管的压比G支同式(10)计算，式中参数同前，经计算G支=6.3×10-6。

=6.3×10-6

3.4.2 顺坡支管的最大压力差Δhmax

支管长度为L支=120m，毛管间距S支=1.2m，支管上的出水口数目为120/1.2=100个，取N顺=50个，则N逆=50个。

则：最大压力孔在首孔， 即pm=1。

最小压力孔Pn=N-INT(γ支0.571)=50-(49.060.571)Pn=41。

顺坡支管的最大压力差同式(15)计算，式中参数同前，Δhmax顺=1.59<[Δh支]=3.09m。

3.4.3 逆坡支管的最大压力差Δhmax逆

当 γ≤1，pm=1，Pn=N时，Δhmax逆同式(16)计算，Δhmax顺=1.60<[Δh支]=3.09m。

Δhmax逆=G支

3.4.4 支管铺设长度

Lm顺=Nm顺×S支=50×1.2=60

Lm逆=Nm逆×S支=50×1.2=60

3.4.5 支管进口的工作水头

第一个出水口至最末一个出水口的水头损失计算同式(17)，ΔH=1.78m。

第一个出水口的h1支=16.7m计算同式(18)。

h1支=h0毛+RΔH-0.5(N支-1)JS=15.56+0.726×

1.78-0.5×(50-1)×0.004×1.2=16.7m

支管进口工作水头h0支=16.8m同式(19)计算。

3.4.6 支管铺设

支管地形取均匀坡J支=±0.004，分干管的位置应使上坡支管与下坡支管产生相等的最大压力差。支管总长度取L支=60m，间距60m，支管的顺坡最大压力差Δhmax顺与毛管的逆坡最大压力差 Δhmax逆均不大于毛管上的最大允许压力差[Δh支]，且两者的相差百分数小于5%，即Δhmax顺=Δhmax逆，支管顺坡的孔数N顺和逆坡的孔数N逆为50个。采用外径63mm型号支管符合要求，故选用0.8MPaDN63PE100级管。

4 结 语

云南省沾益区炎方乡来远银杏苗圃滴灌面积180hm2，种植株、行间距分别为0.5m和1.2m。分10组轮灌，以灌水小区为计算单元，确定支管、毛管铺设。灌水周期5d，灌水延续时间6h，净灌水定额18mm，毛灌水定额20mm。每根支管总长度60m，间距60m，孔数50个，选用0.8MPaDN63PE100级管。每根毛管总长度100m，孔数100个，选用0.6MPaDN25PE100级管。

[1] GB/T 50363—2006节水灌溉工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[2] 张志新.滴灌工程规划设计原理与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007.

[3] 范美师,何向英.浅谈会泽县人畜饮水项目的实践[J].中国农村水利水电,2006(11):133-134.

[4] 范美师.基于可持续发展的会泽县农村饮水安全建设[J].云南水力发电,2011(5):125-127.

[5] 范美师.会泽县迤车灌区高效用水农业的有效途径[J].节水灌溉,2008(1):58-60.

Drip irrigation engineering design of Laiyuan Ginkgo Nursery in Yanfang Township of Zhanyi District

SU Jifa

(Yunnan Zhuoyi Engineering Consulting Co., Ltd., Kunming 650000, China)

Laiyuan Ginkgo Nursery in Yanfang Township of Zhanyi District of Yunnan Province adopts drip irrigation mode. The designed irrigation area is 180hm2. Branch pipe and capillary pipe layout is the core content of drip irrigation design. Basic data and irrigation system in the project area are regarded as foundation. Laying parameters of branch pipes and capillary pipes are determined through hydraulic calculation. The project area is divided into ten groups for cycled irrigation. The irrigation cycle is 5d, and irrigation duration is 6h, net duty of water is 18 mm, gross duty of water is 20mm, and water dropper flow capacity is 2L/h, and water head under work pressure is 15m. Finally, branch pipe laying length is 60m, the span is 60m, 50 holes are set, pipes at the level of 0.8MPaDN63PE100 are selected, capillary pipe laying length is 100m, the span is 1.2m, 100 holes are set, pipes at the level of 0.6MPaDN25PE100 are selected, andφ16 (0.15MPa) pressure compensation water droppers are used.

drip irrigation engineering design; pipe laying; efficient water saving irrigation；Laiyuan Ginkgo Nursery

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.05.013

TV93

A

2096-0131(2017)05- 0052- 05