滴灌高效节水灌溉技术在山丘区茶园中的应用

杨 萌，王 辉，夏海波

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；2.山东省淮河流域水利管理局规划设计院，山东 济南 250100）

滴灌高效节水灌溉技术在山丘区茶园中的应用

杨 萌1，王 辉2，夏海波1

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；2.山东省淮河流域水利管理局规划设计院，山东 济南 250100）

结合山丘区茶园滴灌工程的实际应用，系统分析、计算了整体滴灌工程的设计，优化整套灌溉系统，确保了工程建设标准，充分发挥了滴灌技术的作用，为类似工程设计提供参考价值。

滴灌；农田水利；山丘区；高效节水

本次茶园项目区位于山东省中部山丘区，总面积850 hm2，工程实施的项目区面积为66.7 hm2，以种植菊花为主，历年来广泛以地面灌为主要灌溉方式。本区域降雨时空分布不均，常出现春旱，不利于菊花茶的种植和生长。经过全面分析论证，为实施菊花茶高效节水示范园建设，选择滴灌作为本次项目区农作物的灌溉方式，较大程度地解决项目区水利设施配套及灌溉用水问题。根据项目区地形、地块方向及水源等条件，结合项目区农作物的生长特性，将项目区划分为2个地块，每地块面积约为33.3 hm2，主要建设内容包括提水泵站、高位蓄水池、输水管道及田间管网等。

1 工程设计

项目区属于丘岭区，海拔235～264 m，土壤以棕壤土为主，土层厚度0.4～0.8 m，田间持水量约为40%。灌溉水源为塘坝，在塘坝边建泵站提水到高位蓄水池自流供水，由有压管道（干管、支管和毛管）自流入灌区进行灌溉。

1.1 最大净灌水定额

最大净灌水定额按 《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）中的计算公式为：

式中：m 为设计灌水定额，mm；θmax、θmin为适宜土壤含水量上、下限（占干土重的百分比）；θmax=22.5%，θmin＝16.25%；z为计划湿润土层深，取40 cm；p为土壤湿润比，根据实际计算为57.14%；γ 为土壤容重，1.38 g/cm3。

经计算，m=19.71 mm，即 197.25 m3/hm2。

1.2 设计灌水周期

最大灌水周期按下式计算：

经计算，T=4.93，取 T=5 d。

一次灌水延续时间按下式计算：

式中：Se为滴头间距，根据设计指标取0.3 m；Sl为毛管间距，根据设计指标取1.4 m；qd为灌水器流量，根据实际状况选用3.0 L/h。

经计算：t=3.07 h。

1.3 系统工作制度

轮灌组数N按下式计算：

式中：N为轮灌组数目；C为每天能工作的时间，h； 取 C＝20 h；t为一次灌水延续时间，h；T 为灌水周期，d；取 T＝5 d。

经计算：N＝32.57≈33 个。

根据系统管网布置情况，考虑到灌水与其他农业技术措施相结合的问题，并使系统有足够的停水维修时间，划分为33个轮灌组，布置干管1条，分干管4条，支管99条，每个轮灌组包括3条支管。

1.4 灌溉管道选择与布置

根据滴灌技术的实施经验及其产品的特性，项目区干、支管选用PE管。根据项目区作物的种植特点，本次设计选用具有一定工作压力又能满足小流量灌溉的压力补偿式滴灌管作为微灌灌水器。内镶式滴灌管（补偿式）选用外径16 mm，滴头间距为0.3 m，壁厚0.6 mm，灌水器和滴灌管为一整体，滴头镶在管内的PE滴灌管。设计工作水头Hd=0.1 MPa时，单滴头设计流量3.0 L/h。

1.5 微灌管网系统布置

毛管布置采用每行菊花布置一条毛管，根据实际地长和最大铺设长度确定每条毛管长度，从支管将灌溉水通过旁通管连接滴灌管送至畦中。共布设干管1条，支管4条，滴灌管402条，滴灌管平均间距为1.4 m，单根滴灌管长为60 m。滴灌管与支管之间通过旁通连接可快速拆卸，方便耕作管理。

1.6 系统流量计算

1）滴灌管流量：

式中：Q毛为一条滴灌管的进口流量，L/h；L毛为一条滴灌管的长度，根据现场实际情况取平均长度60 m；c为滴头间距，取0.3 m。

经计算：Q毛＝600 L/h。

2）支管流量：

式中：Q支为一条支管的进口流量，m3/h；N为滴灌管条数，48条。

经计算：Q支＝28.80 m3/h

3）管径确定：

经计算：支管管径d=82.38 mm，选用外径90 mm的PE管。

1.7 供水管网水力计算

1）供水管网水力计算：选取最不利轮灌组进行管网水力计算，由于蓄水池为高位蓄水池，最不利管网选取种植地面高程与蓄水池出水口高程高差最小的地块。选取最不利轮灌组进行计算：

式中：hf为无多口出流管道沿程水头损失，m；ht为多口管沿程水头损失，m；k为水头损失扩大系数，取1.1；f为摩阻系数；L为计算管道长度，m；Q为管道设计流量，m3/h；d为管道内径，mm；m 为流量指数，取1.77；b为管径指数，取4.77；F为多口系数；N为出口数目；X为进口端至第一个出水口的距离与孔口间距之比。

计算得：F=0.36；微灌管水头损失：h毛＝2.17 m；支管水头损失：h支＝0.87 m；干管水头损失：h干＝2.64 m；则系统压力：H＝17.82 m。

1.8 增压水泵选型

根据设计流量86.4 m3/h及总扬程17.82 m，考虑砂石过滤器进口工作压力不低于13 m水头。结合管道增压泵型号，选用管道加压泵，参数详见表1。为保护水泵及供水质量，在水泵处设置一台变频设备。

表1 增压泵参数表

1.9 水肥一体化滴灌首部和控制系统

水肥一体化滴灌首部控制系统安装于泵房处，从水泵枢纽（闸阀、压力表、逆止阀、进排气阀等）后连接自动反冲洗砂石过滤器、自动反冲洗叠片过滤器、水表、智能三通道施肥等设备。

2 注意事项

首先应根据工程特点选择合理的管道，管道壁厚应均匀；选择合理的毛管，且管道的抗堵塞性能也要强，设计时应重点考虑如何避免滴头堵塞的问题。设计时还应考虑工程方便施工及降低对农作物影响，对滴灌管线进行合理布置及敷设。最后，设计时还应充分考虑工程造价，尽量选择经济合理的滴灌系统。

3 结语

滴灌工程的实施，不仅能有效提高水的利用率，还能改善作物的生长条件，是一种值得推广的灌溉方式。设计时应积极借鉴成功的工程案例，结合工程特点和实际情况，尽量选择科学、合理、经济的滴灌工程设计方案，以保证滴灌技术的顺利实施。

（责任编辑 崔春梅）

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1009-6159（2017）-10-0086-02

杨萌（1984—），男，工程师