农田灌溉中滴灌系统的设计综述

2017-06-06许强

黑龙江水利科技 2017年3期

关键词：支管过滤器布置

许强

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局开都—孔雀河管理处开都河下游管理站，新疆焉耆 841100)

农田灌溉中滴灌系统的设计综述

许强

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局开都—孔雀河管理处开都河下游管理站，新疆焉耆 841100)

在农田灌溉中，实施滴灌技术能防止水分因蒸发而造成流失，灌溉的水能使土壤表面湿润，采用滴灌方式对农作物进行浇灌时只对作物根部周围的土壤进行浇灌，而对其他地方的土壤浇灌的水量很少，这样能有效的抑制杂草生长。这种技术不会在地面上产生径流，浇灌的水量和深度能有效的得到控制，为此能更好的节约水资源。特别适合在水资源匮乏、气候干燥的地区使用。为了充分发挥滴灌系统的作用，需要科学的进行滴灌系统的设计。基于此，文章以实际工程为例，对滴灌系统工程的设计进行探讨。

农田灌溉；滴灌系统；工程案例；设计探讨

在农业生产中，为了保证农业发展的可持续性，需要大力推广节水灌溉技术，滴灌技术作为一项节水效果非常不错的节水技术得到了广泛的应用。不仅可以保证耕地灌溉率，而且可以对现有的灌溉条件进行改善，平衡水资源的供求矛盾[1]。所以，科学的进行滴灌系统的设计具有重要意义。

1 案列介绍

某农田项目区设计使用滴灌面积为0.18万hm2，其中棉花灌溉面积为0.04万hm2,玉米的灌溉面积为0.14万hm2，一共需要设置28个滴灌系统，在原有基础上进行改造的滴灌系统有4个，新建的滴灌系统有24个。

2 新型滴灌技术的优点

2.1 有效的节约水资源

滴灌技术能最大效率的利用水资源，实施滴灌技术能防止水分因蒸发而造成流失，灌溉的水能使土壤表面湿润，采用滴灌方式对农作物进行浇灌时只对作物根部周围的土壤进行浇灌，而对其他地方的土壤浇灌的水量很少，这样能有效的抑制杂草生长[2]。这种技术不会在地面上产生径流，浇灌的水量和深度能有效的得到控制，为此能更好的节约水资源。

2.2 减少农药的施用量

浇灌技术在浇水的同时能够注入肥料，能够保证农作物吸收到充足的养料和水分，这样能保证作物的根部在适合湿度的土壤中健康成长，因浇灌区域的水分流失相对较少，土壤湿度的保持工作也很好，这样就减少了病虫害出现的几率，同时也较少了农药的使用量。

2.3 提升农作物品质

滴灌技术能够有效的对农作物进行浇水和施肥，提升农作物的品质，增加农产品的产量，使农产品的经济利益达到最大化，同时增加农民的经济收入。

2.4 具有较强的适应能力

在地形起伏较大的山区很适合采用滴灌技术进行农作物的浇灌，滴灌技术因滴头的流水量均匀、从而节约水资源，所以能够在条件恶劣的地区进行浇灌，其对土壤的适应性强，能根据该地域的土壤成分的特点，选择合理的浇灌方式。

3 滴灌系统的设计

滴灌系统实施前要做一些准备工作，对土壤、地质及地形进行全面的勘探和考察，并依据收集到的资源信息，设计出一套符合实际情况的滴灌方案[3]。

其一，这个理念的前身由1811年前后在罗马创作的一批德国画家所提出并身体力行，这个北欧人群体被称为“拿撒勒画派”，他们都是虔诚的基督徒，两位首领分别叫奥沃贝克和科涅利乌斯。拿撒勒画派过着中世纪隐修士般的生活，厌恶浮华的物质文明，包括文艺复兴那段历史，在他们眼中，文艺复兴的艺术就是世俗享乐和异教精神的象征，以拉斐尔的绘画为典型，以其为榜样从艺无异于自甘堕落；只有拉斐尔之前的艺术才能体现最真诚的信仰。因此，他们怀揣着崇敬，学习早期意大利画家的艺术，不久，这个理念便经由一位叫做威廉·戴斯的苏格兰画家传播到了英国。

3.1 滴灌带布置和管道的铺设方式

依据该地域的实际土壤状态进行从优选取滴灌带布置和管道的铺设方式。例如，在缺水和温差较大的沙漠平原地区，应充分考虑滴灌方案的节水特点，选取小流量、低压力的浇灌方法。根据不同农作物的生长特点铺设管道，铺设管道时尽可能的缩短路线，不同作物在浇灌时对管道的铺设也有不同的需求，布置滴灌带时要考虑作物的生长方向，要求与其保持一致[4]。设计和布置管道时要对实际需求的水单元进行考虑，布置好的管道要对轮灌的具体实施提供便利条件，同时，管道布置设计还要对其性价比和运行的安全稳定性能进行考虑。滴灌带和作物布置图如图1所示。通过计算，根据滴灌带当前流量为0.692m3/h，从而得出系统总流量应为233.2m3/h，支管进口的流量应为48.44m3/h。

图1 滴灌带和作物布置图

3.2 计算系统水力

3.2.1 计算滴灌带水力

在使用下述公式计算滴灌带水头损失h毛:

(1)

式中：f=0.505,k=1.15，m=1.75,b=4.75。计算后得出滴灌带水头损失为0.99m。

使用下述公式计算滴灌带进口工作压力h0：

(2)

3.2.2 计算水头损失

将单个球阀所控制的支管作为一个单位，每一个控制阀控制长度为52.5m的地面支管，地面支管之间的距离为0.75m,采用de90PE管，单孔的水流量大小为692L/h，按照滴灌带水头损失的原理计算水头损失，k=1.1:

(3)

经计算，支管水头的损失为1.15m。

3.2.3 选择水泵类型及首部枢纽设计

结合系统所设计的实际流量大小为233.2m3/h，需要扬程为30.53m，综合对比后，本项目使用额定流量为262m3/h，功率为45kW，额定流量为38m3/h，型号为W200/345-45/4(Z)离心泵。

为了防止出现水锤的情况，水泵运行时要先打开出水口，进行关闭时，要先关闭水泵，然后关闭出水口。系统开启和关闭时速度不宜过快。系统首部位置设置施肥罐、过滤器、保护设备、控制测量设备。在干管上安装过滤器，并将对应的配套管件安装好，按照设计的系统流量以及微灌施肥参数配置施肥灌，过滤器上安装有水表时，要使用逆止阀安装在首部枢纽进水管网处，规格要和过滤器的规格保持相同，当使用压力表安装在过滤器进出口位置时，将排气阀设置在田间管网和连接管的最高位置。

3.3 系统首部设计方案的组成部分

系统首部设计方案有3个组成部分：①过滤器。工程方案实施地均采用地表水作为其主体水源，在主体管道上加装了立式的过滤器，并配备了相关的管件对其进行安装和固定，此过滤器有自清洗的功能，能保证流出的水相对清洁[5]。②根据系统设计施肥流量。依据《滴灌工程设计图集》中提到的常用微灌施肥设计的参数，要求每个系统按照要求配1个容量为300L的施肥罐。③加装保护装置。田间管网最高处与首部枢纽连接管处要加装排气阀。并且把水表安装在过滤器前，把压力表设计在过滤器出口端，要在首部枢纽进管网处安装逆止阀，一旦出现故障，能按照各部分进行单独维修，不至于整体受到影响，起到有效的保护作用。

3.4 滴灌工程中的土建设计

此工程的土建设计主要包括 6 个组成部分:①管沟。依据地质资料的要求，挖开后的管沟底要平整，用梯形作为管沟横断面，这样能使其更加稳固，要求开挖管沟边坡为1∶0.5，要用土质均匀原土进行回填，距离管壁20cm范围内土层不能有尖锐的碎石，根据计算确定管沟的深度和宽度。②泵房。管理房由砖混结构建成，其具体的大小可以依据实际安装的设备大小进行调整，在系统首部安装过滤系统，其安装大小要考虑电机、控制阀门、配电设备使用和检修的要求[6]。③管道交叉建筑物。为了防止管道老化，在放入钢筋混凝土套管之前要做缠绕防老化材料进行处理。分干管、干管在穿越渠系道路时要加设DN600规格的钢筋混凝土套管。④镇墩。根据各个位置静(动)水压力表所显示的数据，把镇墩设置在管道转弯处、管道变径处及末端排水处，为了达到建筑物稳定的要求，严格计算其具体的尺寸。⑤阀门井及排水井。阀门井的位置一般放置于安装有进排气装备或阀门等管件的干管或者分干管上，在分干管的末端设置排水井，按井内放置的设备容量及人员维修时操作的方便性来确定井的尺寸[7]。⑥设计沉淀池。沉淀池不但要有一定的储水量，还要起到存水和沉沙的作用，滴灌的水源因使用的都是地表水，为了能保证整个系统工程的顺利进行，防止渠道来水量的过多或过少，此次工程采用的是能利用机械协作来完成清淤工作的宽潜形沉淀池。

3.5 管网布置

根据农作物的种植模式和种植特点，本工程选用厚度为0.30mm的DN16mmPPR管，额定的滴头工作压力为10mH2O,设计额定流量为2.0L/h，滴头之间的间隔距离为0.3m,流态指数为0.608，按照单行直线进行布置，按照作物行布置滴灌带。为了方便管理和操作，在水泵一旁布置首部枢纽装置，将排水井布置在分干管尾端。如图2所示。

图2 管网系统布置图

3.6 滴灌工作制度的设计

滴灌系统设计使用轮灌运行的方式进行灌溉，分别由主管道向支管道轮流进行供水，然后由支管向辅管进行供水[8]。以一条辅管控制面积作为一个灌水小区，然后将多个小区组成轮灌组，并按照下述原则进行划分：

按照管道经济管径输水能力、水源流量、作物对灌溉用水的需求量来确定轮灌组的数量，计算公式如下：

(4)

式中：C指的是系统一天运行时间；N指的是轮灌组的数量；T指的是设计灌水周期。毛管工作时间主要由灌水定额和毛管布置决定，毛管之间的间隔距离为0.75m，每一行作物均布置一条毛管，计算后得出工作时间为8h。一天可以安排两个以上的轮灌组。在对轮组进行划分时，在项目区地块布置一条干管和两条分管，并由分干管分别向两侧进行供水，对各个支管进行控制，使各个轮灌组流量和灌溉面积接近，确保灌溉系统可以高效、稳定运行。