農(nóng)田水利工程滴灌系統(tǒng)設(shè)計探析

郭本軍

摘 要 滴灌技術(shù)是農(nóng)田水利工程中應(yīng)用較為普遍的一種重要節(jié)水技術(shù)，其在氣候干燥，水資源缺乏地區(qū)的農(nóng)田水利中得到廣泛應(yīng)用，并取得較為理想的效果。滴灌系統(tǒng)設(shè)計的合理性和科學(xué)性對滴灌技術(shù)效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此，需加強(qiáng)對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行深入研究。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田水利；節(jié)水灌溉；滴灌系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：S275.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）12-160-02

灌溉設(shè)計及灌溉規(guī)劃為農(nóng)田水利工程的重要內(nèi)容，其對工程的整體效益及作用的發(fā)揮具有決定性作用。農(nóng)田水利工程建設(shè)與農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民相關(guān)問題息息相關(guān)。因此，水利灌溉工程的設(shè)計必須要有科學(xué)性、合理性、高效性。滴灌技術(shù)是農(nóng)田節(jié)水灌溉工程應(yīng)用最為普遍的一種技術(shù)，對工程整體效果的提高具有重要意義[1]。

1 滴灌技術(shù)的原理及特點

滴灌技術(shù)為一種先進(jìn)、低壓節(jié)水的新型灌溉技術(shù)，其是將存在一定壓力的水通過過濾后通過管網(wǎng)、出水管道進(jìn)行輸送，將水輸送至灌溉帶進(jìn)行以水滴的形式來實現(xiàn)緩慢且均勻的滴灌[2]。滴灌技術(shù)的應(yīng)用需要有配套的機(jī)械化系統(tǒng)，一般情況是使用小口徑管管道來配合滴頭，將水、化肥等進(jìn)行滴灌。為了降低水分蒸發(fā)，還需使用自動化系統(tǒng)對滴灌技術(shù)進(jìn)行控制。滴灌技術(shù)在應(yīng)用過程中的優(yōu)點主要表現(xiàn)如下。首先，節(jié)水效果好。滴灌技術(shù)的應(yīng)用可大大提高水的利用率，且可有效降低水分蒸發(fā)。其次，農(nóng)藥施用量少，提高作物品質(zhì)。滴灌技術(shù)可同時將水和肥料滴灌至農(nóng)作物根本附近的土壤，保證農(nóng)作物得到充足的水分和養(yǎng)分，且可對區(qū)域內(nèi)的溫度進(jìn)行有效控制，降低病蟲害發(fā)生頻率，降低農(nóng)藥使用量，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)作物的品質(zhì)得到提高。最后，適應(yīng)能力強(qiáng)。滴灌技術(shù)適用于任何地形和土壤，適應(yīng)能力極強(qiáng)。

2 滴灌系統(tǒng)的具體設(shè)計

進(jìn)行滴灌系統(tǒng)設(shè)計時，首先需要對當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)進(jìn)行全面、詳細(xì)的勘察，全面了解并掌握當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c及水資源條件，然后應(yīng)用科學(xué)的計算方法進(jìn)行相關(guān)計算，進(jìn)而實施滴灌系統(tǒng)設(shè)計。

2.1 滴灌帶鋪設(shè)方式和管道的具體布置

滴灌帶鋪設(shè)及管道布置方式應(yīng)以工程所處土壤條件作為根據(jù)進(jìn)行合理選擇。例如，在沙漠平原地區(qū)可選擇應(yīng)用低壓、小流量的高效節(jié)水模式。管道布置方式需根據(jù)具體灌溉農(nóng)作物進(jìn)行選擇。不同農(nóng)作物在灌溉過程中對管道布設(shè)存在不同的要求。在對管道布置進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)最大限度的縮短路線，滴灌帶鋪設(shè)方向應(yīng)與農(nóng)作物的生長方向保持良好一致性[3]。此外，在對管道布置進(jìn)行設(shè)計時，還應(yīng)對各用水單元的實際需要進(jìn)行充分考慮，盡量使管道的管理具有便捷性，為組織輪灌的實施提供便利。同時，管道布置設(shè)計還應(yīng)對其經(jīng)濟(jì)合理性和運行過程中的可靠性和實效性進(jìn)行充分考慮。

2.2 滴灌及工作制度設(shè)計

最大灌水定額為mmax，設(shè)計灌水周期為T，設(shè)計供水強(qiáng)度為Ia，T0= mmax/Ia，T≤T0；計凈灌水定額為md，供水強(qiáng)度為Ia，md=T×Ia；設(shè)計毛灌水定額為m毛，灌溉水利用系數(shù)為η=0.9，m毛= md/η；t為一次灌水延續(xù)時間，Se為滴頭間距，SL為毛管布設(shè)間距，Qd為灌水器額定流量，t= m毛×Se×SL/Qd。

在工作制度上，設(shè)計灌水周期T，日供水小時數(shù)td，一次灌溉延續(xù)時間t，最多輪灌組數(shù)Nmax（組），Nmax=[T ·td/t] 。在實際設(shè)計過程中，應(yīng)以地形實際條件及管理的方便作為主要依據(jù)，對輪灌組數(shù)量進(jìn)行合理確定。

2.3 相關(guān)計算設(shè)計

2.3.1 毛管水頭損失

毛管水頭損失計算公式為：

h毛管（m）=kf Se qdm/db（（N+0.48）m+1/（m+1）-Nm（1- S0/Se））

其中，f為摩阻系數(shù)，m為流量指數(shù)，b為管徑指數(shù)，k為水頭損失擴(kuò)大系數(shù)，Se為毛管上分流孔間距，qd為灌水器的設(shè)計流量，d毛為確定毛管內(nèi)徑，N為確定毛管孔數(shù)，S0為毛管首孔至支管的距離。

2.3.2 毛管的進(jìn)口工作壓力

毛管的進(jìn)口工作壓力計算公式為：

h0毛=hd+Rkf·Se·qdm（N-0.52）m+1 /（（m+1）dm）+kf·S0（Nqd）m+1/dn

其中，hd為額定工作水頭，k為水頭損失擴(kuò)大系數(shù)，f為摩阻系數(shù)，m為流量指數(shù)，Se為毛管上分流孔間距，qd為灌水器的設(shè)計流量，d為毛管內(nèi)徑，N為確定毛管孔數(shù)，S0為毛管首孔至支管距離。

2.3.3 支管水力計算

支管水力計算的計算公式為：

d支管=（kf SL（2N qd）m/Δh2（（N1+0.48）m+1/（m+1）-N1m（1- S0/SL）））1/b

其中，k為水頭損失擴(kuò)大系數(shù)，k=1+hj/hf=1.2，SL為毛管布設(shè)間距，qd為灌水器的設(shè)計流量，Δh2為支管允許水頭偏差，N1為一條支管控制毛管對數(shù)，S0為首孔至支管距離。

2.4 水泵選擇及首部樞紐設(shè)計

在選用水泵時，應(yīng)以水力計算作為根據(jù)進(jìn)行合理選擇。水泵的設(shè)計流量、設(shè)計揚(yáng)程、選取潛水泵型號等均需根據(jù)具體水力計算結(jié)果而定。為了避免水錘發(fā)生，在運行水泵的過程中應(yīng)向?qū)⒊鏊诖蜷_，然后在將水泵打開。實施關(guān)閉操作時，應(yīng)先將水泵關(guān)閉，然后再將出水口關(guān)閉。系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉均需要緩慢進(jìn)行，避免水錘發(fā)生。

在系統(tǒng)首部設(shè)計主要包含過濾器、施肥罐、控制量測設(shè)施與保護(hù)裝置3個部分。過濾器按照在干管上，并同時按照配套相應(yīng)管件。以系統(tǒng)的設(shè)計流量作為根據(jù)，嚴(yán)格參照微灌常用施肥設(shè)施技術(shù)參數(shù)表進(jìn)行施肥罐的配備裝置。當(dāng)在過濾器前設(shè)置有水表時，應(yīng)在首部樞紐進(jìn)管網(wǎng)位置設(shè)置逆止閥，其規(guī)格應(yīng)和過濾器的進(jìn)出口直徑保持一致。在過濾器進(jìn)出口位置設(shè)置有壓力表時，首部樞紐應(yīng)在連接管合田間管網(wǎng)的最高位置設(shè)置有排氣閥。

2.5 系統(tǒng)投資估算及經(jīng)濟(jì)效益評價

進(jìn)行農(nóng)田水利工程滴灌系統(tǒng)設(shè)計過程中還需對系統(tǒng)的投資及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行估算和評價。全面考慮工程實際施工的便捷性和對農(nóng)作物產(chǎn)生的影響，高度重視滴灌管線布置及敷設(shè)的合理性。同時，還要對工程造價進(jìn)行充分考慮，最大限度地選擇使用經(jīng)濟(jì)型滴灌系統(tǒng)設(shè)計方案。

3 結(jié)語

現(xiàn)階段，我國農(nóng)田水利中滴灌技術(shù)的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。該種技術(shù)的應(yīng)用存在諸多優(yōu)點，但是技術(shù)的應(yīng)用還有需不斷完善。在實施系統(tǒng)設(shè)計的過程中積極借鑒相關(guān)成功設(shè)計方案，從具體工程特點及實際情況出發(fā)，選擇應(yīng)用具有科學(xué)性、合理性的經(jīng)濟(jì)型滴灌系統(tǒng)設(shè)計方案，促進(jìn)滴灌技術(shù)的應(yīng)用價值得到充分體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘭代祥.淺談農(nóng)田水利工程中的質(zhì)量控制及相關(guān)管理工作[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，5（10）：1131-1132

[2]關(guān)瑜.對小型農(nóng)田水利工程建設(shè)和管理問題的探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011，12（7）：485-486.

[3]馬英杰，楊九剛，馬亮，等.滴灌帶布設(shè)方式對棉田土壤鹽分運移規(guī)律的影響研究[J].節(jié)水灌溉，2013，9（1）：624-625.

（責(zé)任編輯：劉昀）