水土保持綜合治理工程滴灌系統(tǒng)設(shè)計

□張　艷（新疆烏蘇市水利局）

水土保持綜合治理工程滴灌系統(tǒng)設(shè)計

□張艷（新疆烏蘇市水利局）

滴灌系統(tǒng)設(shè)計是烏蘇市小流域水土保持綜合治理項目的中重點建設(shè)內(nèi)容之一。文章針對該工程丘陵區(qū)域干旱少雨，土壤深層補水困難，導致植樹造林成活率很低的實際情況，進行了新型滴灌系統(tǒng)設(shè)計的分析，并進行了應(yīng)用試驗，結(jié)果表明，該滴灌系統(tǒng)的應(yīng)用可以使本區(qū)域經(jīng)濟林木的成活率大大提高，且降低蒸發(fā)耗損，具有較好的節(jié)水增產(chǎn)效果。在建設(shè)過程中，應(yīng)該進一步做好工程的建后服務(wù)，規(guī)范用水程序，鼓勵人們積極正確使用滴灌技術(shù)，使滴灌系統(tǒng)能真正發(fā)揮效益。

滴灌制度，滴灌系統(tǒng)，設(shè)計

1　工程概況

烏蘇市小流域水土保持綜合治理項目位于烏蘇市塔布勒合特鄉(xiāng)北部，烏蘇市西南56km，烏伊公路（國道312）以南，特吾勒河西面，東與西大溝隔特吾勒河相望，南以天山為界，西臨古爾圖牧場，北與吉爾格勒特郭楞蒙古民族鄉(xiāng)、四棵樹鎮(zhèn)為鄰。南北長18 km，東西寬7.80 km，面積為140.40 km2，地理坐標為東經(jīng)84°16＇22＂～84°18＇35＂，北緯44°17＇08＂～44° 14＇47＂。項目區(qū)范圍涉及塔布勒合特鄉(xiāng)，2012年總?cè)丝跒?745人，農(nóng)業(yè)人口961人，牧業(yè)人口1784人。

工程選用的水源為特吾勒水庫水。經(jīng)塔城水文水資源勘測局在特吾勒水庫壩址處采取水樣進行分析，水庫水質(zhì)良好，水庫中的水化學指標礦化度、硫酸根、氯化物等的含量能滿足農(nóng)田灌溉水質(zhì)量標準中的水作、旱作，蔬菜的用水要求。

2　滴灌系統(tǒng)設(shè)計

2.1滴灌帶選型

在土壤質(zhì)地一定情況下，滴灌帶上的滴頭流量、間距以及滴灌帶布設(shè)間距是影響土壤濕潤比的主要因素；同時滴灌帶上的滴頭流量和間距還是影響滴灌帶鋪設(shè)長度的關(guān)鍵因素。因此，滴灌帶的選擇和布設(shè)是非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)土壤質(zhì)地、作物栽培方式、支管間距等因素合理選取。

項目區(qū)主要種植樹木，其灌水器與種植樹木株距、行距配套。灌水器采用管上壓力補償式滴頭，流量q=6L/h，一棵樹三個滴頭鑲于de12PE微管上繞樹布置，Se=3m，S=3m，毛管為PE管de16/0.40MPa滴灌管。

表1　白楊樹滴灌帶設(shè)計參數(shù)表

*：流態(tài)指數(shù)反映了灌水器內(nèi)水流的流態(tài)和流量對壓力變化敏感程度的高低。該指數(shù)取值一般在0～1之間，取值越大，說明流態(tài)和流量對壓力變化反應(yīng)越敏感。

2.2灌溉制度的確定

2.2.1設(shè)計耗水強度

項目區(qū)位于烏蘇市周邊，根據(jù)烏蘇市提供的資料，多年平均降水量262.20mm，蒸發(fā)量1018mm。項目區(qū)多年平均最大騰發(fā)量月份為6-7月，日平均參照作物騰發(fā)量為5.80mm/d；項目區(qū)最低相對濕度＜70%，風速在5m/s之內(nèi)，項目區(qū)作物系數(shù)應(yīng)取1.20；項目區(qū)土壤質(zhì)地較細為砂壤土，與土壤有關(guān)的損失系數(shù)取1.07；作物生長盛期地面覆蓋率按70%考慮，覆蓋率響應(yīng)系數(shù)取0.85，因此，項目區(qū)的作物滴灌設(shè)計耗水強度如下：

該項目區(qū)作物耗水全部來源于灌溉，此處取Ia=Ic，故設(shè)計灌溉補充強度Ia=6.33(mm/d)m。

2.2.2土壤濕潤比

土壤濕潤比由下式計算：

式中：n—每棵作物的滴頭數(shù)，n=1；Se—滴頭沿毛管的間距，Se=3m；Dw—濕潤帶寬度，Dw=0.53m；St—每棵作物株距, St=2m；Sr—作物平均行距，Sr=2m。

2.2.3最大凈灌水深度

由項目區(qū)土壤資料，土壤干容重γ=1.41g/cm3，所以田間持水量（體積比）上下限為：

計劃濕潤層深度Z采用1m；土壤濕潤比為40%。

2.2.4最大設(shè)計灌水周期

取設(shè)計灌水周期T=6d。

設(shè)計凈灌水定額的計算公式為：

設(shè)計毛灌水定額的計算公式為：

假設(shè)C為一天運行的小時數(shù)，取14 d，t為一次灌水持續(xù)時間，取14 h，則系統(tǒng)允許的最大輪灌組數(shù)為：N≤CT/t=14× 6/14=6，即最多采用6個輪灌組，根據(jù)實際情況取6個輪灌組，輪灌組順序安排見表2。

表2　滴灌系統(tǒng)灌溉制度表

2.3灌水小區(qū)計算

2.3.1灌水小區(qū)設(shè)計允許水頭偏差

式中：[△H]—灌水小區(qū)設(shè)計允許水頭偏差（m）；[hv]—設(shè)計允許水頭偏差率；hd—滴頭設(shè)計水頭，hd=10m。

故：灌水小區(qū)設(shè)計允許水頭偏差：

2.3.2毛管實際鋪設(shè)長度及水頭損失計算

毛管鋪設(shè)極限長度經(jīng)過計算為104.85m順坡和67.71m逆坡，考慮到地塊的實際長度，本次單向毛管實際鋪設(shè)長度取100m（順坡）。

采用考慮了多孔系數(shù)的勃拉休斯（Blasius）公式計算毛管水頭損失：

式中：hf—水頭損失（m）；F—多孔系數(shù)，當前采用克里斯琴森（Christiansen）公式近似計算全等距、等流量多孔管的多孔系數(shù)；v—水的運動粘度（運動粘滯系數(shù)）（cm2/s）；Q—流量（L/h）；L—管道長度（m）；d—管道內(nèi)徑（mm）。具體結(jié)果見表3。

表3　滴灌系統(tǒng)毛管水頭損失計算表

2.3.3支管水頭損失計算及管徑選擇

灌水小區(qū)允許水頭損失為4.12m，毛管水頭損失為1.88m，支管水頭損失為1.61m。支管管徑根據(jù)考慮毛管首尾地形高差后的支管允許水頭損失，采用考慮了多孔系數(shù)的勃拉休斯（Blasius）公式進行計算。求出計算內(nèi)徑后考慮管壁厚度后在國標管道系列中選取。本設(shè)計支管選用0.40MPaPE管。計算結(jié)果為：支管水頭損失1.61m，支管流量27000L/h，支管長度90m，計算管徑90.25mm，選用管徑90mm。

2.3.4系統(tǒng)流量計算

項目區(qū)現(xiàn)狀條田已成型，管網(wǎng)布置時考慮現(xiàn)狀已成型的條田規(guī)劃后，共布設(shè)1個獨立的滴灌系統(tǒng)，系統(tǒng)分布格局大致為，東西方向長度約為400m，南北方向長度約為1 200m；條田的四周均種植有林帶帶。分干管間距180m，支管間距100m。毛管單向布設(shè)，長度為100m。

滴灌系統(tǒng)中鋪設(shè)3條分干管，實行雙向控制，兩側(cè)支管的控制長度均為90m，分干管的鋪設(shè)間距為180m，支管間距為100m。

3　結(jié)語

滴灌技術(shù)作為一項先進的灌水技術(shù)，有助于提高灌溉水利用率，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，是提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)品位、改善農(nóng)業(yè)用水條件的重要技術(shù)措施。在烏蘇市塔布勒合特鄉(xiāng)實施灌溉節(jié)水技術(shù)，是實現(xiàn)烏蘇市小流域水土保持綜合治理目標的重要措施，同時也是保證農(nóng)業(yè)節(jié)水增收的必經(jīng)之路，通過進行滴灌系統(tǒng)設(shè)計與推廣，必將徹底改變傳統(tǒng)落后的農(nóng)業(yè)耕作和灌溉方式。

S157

B

1673-8853（2016）08-0077-02

2016-05-13

（責任編輯：韋詩佳）

張艷，（1979-）女，工程師，主要從事水利管理站技術(shù)工作。

［1］呂曉叢.農(nóng)業(yè)高效節(jié)水建設(shè)項目實施方案中滴灌系統(tǒng)設(shè)計分析［J］.水利科技與經(jīng)濟，2014（8）：74-75.