西安市临潼区绿康泰生态园滴灌工程设计浅析

刘凡明

（陕西省西安市临潼区地下水工作队，陕西 西安 710600）

滴灌是利用滴头、滴灌管（带），以滴水或细小流水的方式，湿润作物根区附近部分土壤的灌溉技术。与传统的地面灌溉相比，具有灌水均匀，灌溉水利用率高；适时适量供水供肥，作物产量高，品质好；易于调节土壤湿润体内盐分浓度；适应于各种土壤和地形等多方面的优点。本文以绿康泰生态园滴灌工程为例，对滴灌工程的设计过程进行分析。

1 项目区概况

1.1 项目区自然条件

绿康泰生态园位于临潼区徐杨街道屯刘村、西王村界内，紧靠208县道，占地700亩，园区内主要种植樱桃、葡萄等经济作物。项目区内地势平坦，海拔在374 m～375 m之间，土壤以中壤土为主。土壤容重为1.37 t/m3，孔隙率为40%～50%，田间最大持水量24.3%，pH值为7.88，有机质含量0.84%～1.36%，有机质含量0.84%～1.36%，土方氮磷比32∶1，冻土层厚28 cm。多年平均降水量575.82 mm，频率为50%、75%、90%的降雨量分别为553.4 mm、482.7 mm、427.3 mm。降水具有强烈的季节性，多集中在7月～9月。

1.2 工程设施条件

项目区属于渭河以北渠井双灌区，由于地处泾惠灌区下游，农灌时水源不能保证灌溉用水，所以灌溉用水以机井补水为主，且该区地下水补给情况良好，水质情况良好，符合农业灌溉用水要求。地层主要以粘土、粗砂、细砂层等为主，农用灌溉机井成井深度80 m～150 m，出水量为15 m3/h～40 m3/h。项目区分为北区和南区，南区长340 m，宽250 m，面积130亩；北区长210 m，宽200 m，面积70亩，总计200亩，均种植樱桃，樱桃的株行距为4 m×4 m。

1.3 水源条件

项目区内原有机井1眼，井深80 m，出水量25 m3/h；另外有200 m3蓄水池1座。为了满足灌溉用水要求，再新打150m深机井1眼，出水量40 m3/h。2眼井共同抽水到蓄水池，再从蓄水池中抽水作为灌溉水源。

2 设计依据

2.1 设计参数的确定及灌水器的选择

根据樱桃的种植方式、土壤质地要求，结合滴灌工程设计标准，确定滴灌工程的设计保证率、设计耗水强度、灌溉水利用系数、土壤设计湿润比、计划湿润层深度、适宜土壤含水量、日灌溉最大运行时数等设计参数。

根据《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）及项目区经济条件，滴灌工程灌溉设计保证率取90%。日均设计耗水强度Ea=5.0 mm/d。灌溉水利用系数取η=0.90。土壤设计湿润比按公式P=(0.785×DW2/Se×S1)×100%，经计算P=39%。计划湿润层深度取H=1.0 m。机井日最大工作时数td=18 h。

根据果木需水要求、种植方式及灌水器水利特性，采用PE滴灌管，直径16 mm，壁厚1.0 mm，滴头间距0.5 m，设计工作压力0.1 MPa，滴头流量3.0 L/h，流态指数x=0.46。

2.2 设计灌溉制度

最大净灌水定额按公式 mmax=0.001γH（θmax-θmin）p 计算，代入相关参数得mmax=23.51 mm，换算为15.68 m3/亩。

灌水周期按公式Tmax=mmax/Ea计算，代入相关参数得:Tmax=4.70d，则 T=4 d。

设计净灌水定额:md=T×Ea=4×5.0=20.0 mm（合13.34 m3/亩)。

设计毛灌水定额:m'=md/η=20.0/0.9=22.22（mm）（合14.82 m3/亩)。

一次灌水延续时间:t=(m'×Se×S1)/qd=(22.22×0.5×4)/3.0=14.8 h。

2.3 水量平衡核定

根据机井稳定出水量和樱桃需水强度，计算机井可控制的灌溉面积，计算按A=(η×QS×td)/10×E计算，将参数代入得：A=21.06 hm2，经换算为315.9亩，大于项目区面积200亩，水源满足滴灌系统要求。

2.4 工程规划布置

为充分利用蓄水池的作用，两眼井共同抽取地下水至蓄水池，作为灌溉水源。在蓄水池旁修建滴灌首部系统管理房，干管南北方向布设，输水到项目区南北边界，支管按灌溉小区东西方向布设，分支管平行于支管东西方向布设引水到地头，毛管顺樱桃行方向布设，分部在分支管的两侧，呈“丰”字型。干管、支管埋设于地下，分支管及毛管布设于地上。

3 设计参数计算

3.1 水头偏差计算

灌水小区中灌水器的流量差hv=qv/x[1+0.15×(1-x)/xqv],将参数代入得：hv=0.45。工作压力ha=10 m时，灌水小区水头允许偏差为4.5m。微灌小区设计允许水头偏差在支、毛管之间的分配比例为0.45∶0.55，因此灌水小区中允许的最大水头差为Δh支=4.5×0.45=2.05 m；Δh毛=4.5×0.55=2.48 m。

3.2 毛管极限长度计算

毛管的极限铺设长度按下式计算：

本次设计毛管的长度为75 m，小于毛管的极限铺设长度96 m，因此毛管铺设长度满足设计要求。

3.3 输水管网布置

管网按干、支、分支管、毛管四级管道布设。干管沿园区道路框架布设；支管东西走向布设；分支管平行于支管输水到地头，毛管垂直于支管按作物行距布设，每4 m布置一道。

3.4 轮灌组划分与管道设计流量的确定

允许的轮灌组最大组数为：N=T×c/t=4.86(组)，则园区划分为4个轮灌组，8个地块。

毛管流量计算采用公式：Q毛=n×qi=450 L/h。

分支管流量：Q分支=N×Q毛=7.2 m3/h。

支管流量:Q支=N×Q分支=28.8 m3/h。

干管流量Q干=2×28.8=57.6 m3/h。

采用2眼单井水量分别为40 m3/h和25 m3/h的机井向200 m3蓄水池供水作为灌溉水源，大于干管流量57.6 m3/h，所以水量满足设计要求。

3.5 管网水力计算

选取距离水源较远、面积稍大的第一轮灌组为典型，进行管网水力计算。

3.5.1 毛管水力计算

毛管水力计算采用下式：

f、m、b、F 等 参 数 可 查 《微 灌 工 程 技 术 规 范》（GB/T50485-2009），本设计中毛管采用聚乙烯管f=0.505，m=1.75，b=4.75，F=0.362,经计算：hf毛=1.149m；h毛进口=11.37m。

3.5.2 分支管水力计算

分支管水力计算方法与毛管相同，一条分支管长度为28 m，毛管的间距为4 m，则一条分支管控制的毛管数目为16条，流量为7200 L/h，分支管采用聚乙烯φ63，内径为59 mm，f=0.505，m=1.75，b=4.75，F=0.453,经计算：hf分支=0.140m；h分支进口=11.69 m。

（1）分支管、毛管水头总损失为：

hf毛×1.1+hf分支×1.1=1.42 m＜Δh支=2.05 m，满足水头偏差要求。

（2）支管管径：

d=18.8(Q/V)0.5=18.8×（28.8/1.11）0.5=95.76 mm

支管选用φ90UPVC管，壁厚为2.7 mm。

（3）干管管径：

干管选用φ110UPVC管，壁厚为3.2 mm。

（4）干管、支管水利计算，采用下式：

f、m、b、F 等 参 数 可 查 《微 灌 工 程 技 术 规 范》（GB/T50485-2009），本设计中干管、支管采用UPVC管f=0.464，m=1.77，b=4.77，计算结果见表 1。

表1 绿康泰生态园滴灌Ⅰ区管道进口压力计算结果表

表2 绿康泰生态园滴灌其他轮灌区管道进口压力计算结果表

4 计算结果分析

滴灌工程的设计要点首先是根据项目区的土壤性质、种植作物的灌溉需水量、自然气候等条件确定各个设计参数，进而确定灌溉制度。接着是进行管网水力计算，确定轮灌制度、各级管径等，使之满足滴灌工程的水量、流速、水压等要求，达到正常灌溉的目的。

项目区面积200亩，根据实际条件确定合理设计的参数后，设计水源提供水量可灌溉315.9亩；最大需水量57.6 m3/h，可提供的水量为65 m3/h，水源满足要求。项目区划分为4个灌溉小区8个地块，每个轮灌区最多有2条支管，8条分支管，128条毛管。管网分为干管、支管、分支管、毛管4级，毛管铺设长度分别为75 m，水头偏差小于2.48 m；分支管铺设长度分别为28 m水头偏差小于2.05 m，水压满足要求，各级管道水流速度在经济流速范围内。

5 结语

绿康泰生态园滴灌工程作为临潼区高效节水灌溉工程的一部分，通过水力计算，设计结果满足规范要求，目前该工程已按设计内容施工完成。通过项目的实施，解决了灌溉水源问题，提高了灌溉水的利用系数，起到了高效节水的作用；灌溉设备中采用了自动化控制系统，使灌溉更加方便和准确，达到了省时、省力的效果；提高了作物的产量和品质，增加了群众的经济收入。可为类似滴管工程设计提供借鉴。