清原縣長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程設(shè)計(jì)

于江楠

(遼寧省撫順市清原縣水利局，遼寧 撫順 113300)

清原縣長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程設(shè)計(jì)

于江楠

(遼寧省撫順市清原縣水利局，遼寧 撫順 113300)

長(zhǎng)富溝藥園由于降水時(shí)空分布不均，土質(zhì)保水性較差，灌溉方式落后而經(jīng)常發(fā)生旱災(zāi)，為了改善農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效農(nóng)業(yè)，亟需設(shè)計(jì)一種適宜的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，以提高灌溉用水的有效利用系數(shù)，改善水環(huán)境，提高農(nóng)民收入。

灌溉方式；農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；節(jié)水灌溉

1 概 述

長(zhǎng)富溝藥園位于清原滿族自治縣大孤家鎮(zhèn)南2.72 km，面積11 hm2。長(zhǎng)富溝藥園種植的五味子是遼東山區(qū)的名特產(chǎn)，是一種較名貴的藥材，具有很大發(fā)展前景。

長(zhǎng)富溝藥園地區(qū)多年平均降水量800 mm左右，降水年際變化大，年內(nèi)分配不均勻，6—9月份降水量占全年的70%～80%。

長(zhǎng)富溝藥園的表層土質(zhì)主要為第四系沖積黏土、壤土、輕質(zhì)壤土，下層主要是砂卵石和坡積砂，保水性不佳，又由于農(nóng)田水利工程多年未進(jìn)行過(guò)維修改造，水資源利用率低，現(xiàn)狀灌溉用水有效利用系數(shù)只能達(dá)到0.40，所以經(jīng)常發(fā)生旱災(zāi)，導(dǎo)致產(chǎn)量不穩(wěn)定。

因此亟需建設(shè)高效節(jié)水工程，以改善水利配套設(shè)施,節(jié)約灌溉用水，提高農(nóng)民收入[1-2]。

長(zhǎng)富溝藥園節(jié)水工程的建設(shè)還要求為調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效農(nóng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，使項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)具有可持續(xù)發(fā)展的能力，達(dá)到農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效的目的。

2 灌溉方式的選擇

目前常用的節(jié)水灌溉方式有噴灌、滴灌、微潤(rùn)灌溉等，根據(jù)工程建設(shè)投資少、運(yùn)行管理費(fèi)用低、有利于在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行示范推廣[3-4]。

利于農(nóng)民增產(chǎn)增收為原則以及長(zhǎng)富溝藥園坡度較大的地形特點(diǎn)，由已建成的高山水池可用等條件，決定選擇滴灌方式。

滴灌是一種科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)，按照作物需水要求，通過(guò)低壓管道系統(tǒng)與安裝在毛管上的灌水器，將水和作物需要的養(yǎng)分一滴一滴，均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)土壤中[5-7]。

滴灌具有節(jié)水20%～50%、增產(chǎn)10%～30%、節(jié)地1%～5%、省工5%～20%的優(yōu)點(diǎn)。滴灌不破壞土壤結(jié)構(gòu)，土壤內(nèi)部水、肥、氣、熱經(jīng)常保持適宜于作物生長(zhǎng)的良好狀況，蒸發(fā)損失小，不產(chǎn)生地面徑流，幾乎沒(méi)有深層滲漏。

滴灌使用的灌水器流量小，每小時(shí)流量為2～12 L，因此，一次灌水延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，灌水的周期短，可以做到小水勤灌，需要的工作壓力低，能夠較準(zhǔn)確地控制灌水量[8-9]。

長(zhǎng)富溝藥園滴灌項(xiàng)目實(shí)施后可使灌溉用水有效利用系數(shù)從原有的0.4提高到0.85。

3 工程設(shè)計(jì)

工程設(shè)計(jì)包括4項(xiàng)內(nèi)容：工程布置、灌溉制度設(shè)計(jì)(供水工程)、提水管路計(jì)算和水源井設(shè)計(jì)。

3.1 工程布置

長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程設(shè)計(jì)包括供水工程、提水工程和水源工程3個(gè)部分，藥園取水點(diǎn)在高程為65.00 m(假定高程)河邊水源井，使用單吸多級(jí)節(jié)段式離心泵將灌溉用水提升至高程為160.00 m(假定高程)的山頂水池(已建)，再利用高差通過(guò)輸配水管網(wǎng)和灌水器向作物施水。

3.2 灌溉制度設(shè)計(jì)(供水工程)

3.2.1 設(shè)計(jì)灌水定額

m=0.1γZP(θmax-θmin)/η

(1)

式中：m為灌水定額，mm；Z為計(jì)劃土壤濕潤(rùn)層深度，cm，取Z=30 cm；P為滴灌設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比，取P=60%；γ為計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)土壤平均容重γ=1.45T/m3；θmax；θmin為適宜土壤含水量上下限(占干土重量的%)，θmax取60%，θmin取60%，一般中壤土的田間持水率占干土重量的22%～28%，取田間持水率占干土重量的22%，則：θmax=22×90%=19.8；θmin=22×60%=13.2；η為田間水有效利用系數(shù)，取η=0.95，m=17.23 mm，取m=18 mm，折合12m3/hm2。

3.2.2 灌水周期的確定

T=(m/Ea)η

(2)

式中：T為設(shè)計(jì)灌水周期，d；Ea為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度，取5mm/d；m為設(shè)計(jì)灌水定額，m=18 mm，T=(18/5)×0.95=3.42根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取T=3(d)。

3.2.3 一次灌水延續(xù)時(shí)間的確定

(3)

式中：t為次灌水延續(xù)時(shí)間，h；Se為灌水器間距，0.5m；m為設(shè)計(jì)灌水定額，18mm；S1為毛管間距，1.2m；q為灌水器流量，3L/h；η為灌溉水利用系數(shù)(0.95)，t=3.78 h，取t=4 h。

3.2.4 用水量計(jì)算

(3)

式中：A為灌溉面積.m2；W為用水量，m3；m為設(shè)計(jì)灌水定額，mm；t為供水時(shí)間，h；η為灌溉水利用系數(shù)(0.95)；W=521.3 m3

整個(gè)灌溉區(qū)分9個(gè)片區(qū)，每個(gè)片區(qū)毛管為51根，每根長(zhǎng)60 m，每根毛管流量為0.000083 m3/s，一個(gè)片區(qū)用水流量為0.00423 m3/s。

3.2.5 根據(jù)毛管設(shè)計(jì)流量用試算法確定管徑和水頭損失

采用分支管網(wǎng)布置形式，管中流速盡量控制在1.8 m/s以下，滴灌工程管道中水流沿程水頭損失較大，而局部水頭損失和流速水頭很小，因而管路損失按長(zhǎng)管公式,試算法計(jì)算。管中選取最不利的管路，選用用水量大，最長(zhǎng)有代表性的管路進(jìn)行計(jì)算，所有管都采用塑料管，糙率為0.008。

(4)

式中：hf為水頭損失，m；λ為為沿程阻力系數(shù)；l為管道長(zhǎng)度，m；V為管內(nèi)流速，m/s；d為管的直經(jīng)，mm。

合計(jì)水頭損失=∑hf+局部水頭損失(取沿程水頭損失的10%)=(18.81+6.1+0.24)×1.1=27.67m。灌溉區(qū)水頭損失計(jì)算表見表1。

灌溉區(qū)經(jīng)過(guò)計(jì)算管道管材選用PE塑料管，主管路為Φ63，毛管路為Φ25。

表1 灌溉區(qū)水頭損失計(jì)算表

3.3 提水管路計(jì)算

提水管路計(jì)算內(nèi)容包括：提水管路水頭損失計(jì)算和提水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭計(jì)算。

3.3.1 提水管路水頭損失計(jì)算

采用分支管網(wǎng)布置形式，管中流速盡量控制在1.8 m/s以下，滴灌工程管道中水流沿程水頭損失較大，而局部水頭損失和流速水頭很小，因而管路損失按長(zhǎng)管公式,試算法計(jì)算[10-12]。

管中選取最不利的管路，選用用水量大，最長(zhǎng)有代表性的管路進(jìn)行計(jì)算，所有管都采用塑料管，糙率為0.008。

(5)

式中：hf為水頭損失，m；λ為沿程阻力系數(shù)；l為管道長(zhǎng)度，m；V為管內(nèi)流速，m/s；d為管的直經(jīng)，mm。

表2 提水管路水頭損失計(jì)算表

合計(jì)水頭損失=∑hf+局部水頭損失(取沿程水頭損失的10%)=22.11 m。

灌溉區(qū)經(jīng)過(guò)計(jì)算主管道供水流量為0.0042 m3/s。管材選用PE塑料管，由管路水頭損失計(jì)算可知，提水管路為Φ63工作壓力為1.6 MPa，管路水頭損失為22.2 m。

3.3.2 提水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭計(jì)算

H=Zd-Zs+∑hf+hs

(6)

式中：H為提水設(shè)計(jì)水頭，m；Zd為蓄水池點(diǎn)地面工程，m；Zs為水源穩(wěn)定水位，m；∑hf為由水泵吸水管至典型噴點(diǎn)噴頭進(jìn)口處水頭損失和，m；Hs為水泵安裝高度，m。

提水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭H=119.4 m

3.3.3 水泵選用

根據(jù)計(jì)算供水流量、揚(yáng)程，選用65D15—30型離心泵。65D15—30型水泵性能表見表3。

表3 65D15—30型水泵性能表

3.4 水源井設(shè)計(jì)

長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程地區(qū)淺層地下水存儲(chǔ)量和補(bǔ)給量富足，單位涌水量>20 m3/(h·m)，水源井采用直徑4m的圓形大口井，井深6 m，單井出水量180 m3/h，含砂量滿足滴灌要求，無(wú)需另做沉沙工程。

井壁基礎(chǔ)0.5 m高度為漿砌塊石，上接3.5 m高干砌塊石，最上層為2.5 m高漿砌塊石，井壁厚0.7 m，井頂蓋為0.2 m厚鋼筋混凝土。

單井控制灌溉面積計(jì)算公式為：

F=QTtη/m=11.4 hm2

(7)

式中：F為單井控制面積，hm2；Q為單井出水量，180m3/h；T為灌水周期，3 d；t為每天開機(jī)時(shí)間，h，t取4 h；η為灌溉水利用系數(shù)，η=0.95；m為灌水定額，12 m3/hm2。

經(jīng)計(jì)算，該井可控制灌溉面積11.4 hm2大于項(xiàng)目區(qū)面積11 hm2可滿足用水要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程建成后降低了輸水管網(wǎng)和田間蒸發(fā)損失量，提高了水資源的利用率，灌溉用水有效利用系數(shù)從原有的0.4提高到0.85，灌溉定額由原來(lái)437.5 m3/hm2降到205.9 m3/hm2，減少了205.9 m3/hm2。

改善了項(xiàng)目所在地區(qū)的供水條件，提高了農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用水保證率，有效減少地下水開采量，使地下水埋深及儲(chǔ)量處于良性循環(huán)。

長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程建成后由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，增強(qiáng)了農(nóng)業(yè)抗御自然災(zāi)害的能力，提高了產(chǎn)量，按平均畝增加五味子30 kg，25 元/kg計(jì)算，每畝可增加效益750元。長(zhǎng)富溝藥園滴灌工程的示范作用可促進(jìn)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程、帶動(dòng)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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1007-7596(2014)12-0125-03

2014-03-26

于江楠(1976-)，女，遼寧撫順人，工程師，從事水利工程管理工作。

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