農(nóng)田灌溉中滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綜述

許 強(qiáng)

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局開(kāi)都—孔雀河管理處開(kāi)都河下游管理站，新疆 焉耆 841100)

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農(nóng)田灌溉中滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綜述

許 強(qiáng)

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局開(kāi)都—孔雀河管理處開(kāi)都河下游管理站，新疆 焉耆 841100)

在農(nóng)田灌溉中，實(shí)施滴灌技術(shù)能防止水分因蒸發(fā)而造成流失，灌溉的水能使土壤表面濕潤(rùn)，采用滴灌方式對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆灌時(shí)只對(duì)作物根部周?chē)耐寥肋M(jìn)行澆灌，而對(duì)其他地方的土壤澆灌的水量很少，這樣能有效的抑制雜草生長(zhǎng)。這種技術(shù)不會(huì)在地面上產(chǎn)生徑流，澆灌的水量和深度能有效的得到控制，為此能更好的節(jié)約水資源。特別適合在水資源匱乏、氣候干燥的地區(qū)使用。為了充分發(fā)揮滴灌系統(tǒng)的作用，需要科學(xué)的進(jìn)行滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。基于此，文章以實(shí)際工程為例，對(duì)滴灌系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

農(nóng)田灌溉；滴灌系統(tǒng)；工程案例；設(shè)計(jì)探討

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了保證農(nóng)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性，需要大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，滴灌技術(shù)作為一項(xiàng)節(jié)水效果非常不錯(cuò)的節(jié)水技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。不僅可以保證耕地灌溉率，而且可以對(duì)現(xiàn)有的灌溉條件進(jìn)行改善，平衡水資源的供求矛盾[1]。所以，科學(xué)的進(jìn)行滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 案列介紹

某農(nóng)田項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)使用滴灌面積為0.18萬(wàn)hm2，其中棉花灌溉面積為0.04萬(wàn)hm2,玉米的灌溉面積為0.14萬(wàn)hm2，一共需要設(shè)置28個(gè)滴灌系統(tǒng)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的滴灌系統(tǒng)有4個(gè)，新建的滴灌系統(tǒng)有24個(gè)。

2 新型滴灌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 有效的節(jié)約水資源

滴灌技術(shù)能最大效率的利用水資源，實(shí)施滴灌技術(shù)能防止水分因蒸發(fā)而造成流失，灌溉的水能使土壤表面濕潤(rùn)，采用滴灌方式對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆灌時(shí)只對(duì)作物根部周?chē)耐寥肋M(jìn)行澆灌，而對(duì)其他地方的土壤澆灌的水量很少，這樣能有效的抑制雜草生長(zhǎng)[2]。這種技術(shù)不會(huì)在地面上產(chǎn)生徑流，澆灌的水量和深度能有效的得到控制，為此能更好的節(jié)約水資源。

2.2 減少農(nóng)藥的施用量

澆灌技術(shù)在澆水的同時(shí)能夠注入肥料，能夠保證農(nóng)作物吸收到充足的養(yǎng)料和水分，這樣能保證作物的根部在適合濕度的土壤中健康成長(zhǎng)，因澆灌區(qū)域的水分流失相對(duì)較少，土壤濕度的保持工作也很好，這樣就減少了病蟲(chóng)害出現(xiàn)的幾率，同時(shí)也較少了農(nóng)藥的使用量。

2.3 提升農(nóng)作物品質(zhì)

滴灌技術(shù)能夠有效的對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆水和施肥，提升農(nóng)作物的品質(zhì)，增加農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，使農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)利益達(dá)到最大化，同時(shí)增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。

2.4 具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力

在地形起伏較大的山區(qū)很適合采用滴灌技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物的澆灌，滴灌技術(shù)因滴頭的流水量均勻、從而節(jié)約水資源，所以能夠在條件惡劣的地區(qū)進(jìn)行澆灌，其對(duì)土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，能根據(jù)該地域的土壤成分的特點(diǎn)，選擇合理的澆灌方式。

3 滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

滴灌系統(tǒng)實(shí)施前要做一些準(zhǔn)備工作，對(duì)土壤、地質(zhì)及地形進(jìn)行全面的勘探和考察，并依據(jù)收集到的資源信息，設(shè)計(jì)出一套符合實(shí)際情況的滴灌方案[3]。

其一，這個(gè)理念的前身由1811年前后在羅馬創(chuàng)作的一批德國(guó)畫(huà)家所提出并身體力行，這個(gè)北歐人群體被稱為“拿撒勒畫(huà)派”，他們都是虔誠(chéng)的基督徒，兩位首領(lǐng)分別叫奧沃貝克和科涅利烏斯。拿撒勒畫(huà)派過(guò)著中世紀(jì)隱修士般的生活，厭惡浮華的物質(zhì)文明，包括文藝復(fù)興那段歷史，在他們眼中，文藝復(fù)興的藝術(shù)就是世俗享樂(lè)和異教精神的象征，以拉斐爾的繪畫(huà)為典型，以其為榜樣從藝無(wú)異于自甘墮落；只有拉斐爾之前的藝術(shù)才能體現(xiàn)最真誠(chéng)的信仰。因此，他們懷揣著崇敬，學(xué)習(xí)早期意大利畫(huà)家的藝術(shù)，不久，這個(gè)理念便經(jīng)由一位叫做威廉·戴斯的蘇格蘭畫(huà)家傳播到了英國(guó)。

3.1 滴灌帶布置和管道的鋪設(shè)方式

依據(jù)該地域的實(shí)際土壤狀態(tài)進(jìn)行從優(yōu)選取滴灌帶布置和管道的鋪設(shè)方式。例如，在缺水和溫差較大的沙漠平原地區(qū)，應(yīng)充分考慮滴灌方案的節(jié)水特點(diǎn)，選取小流量、低壓力的澆灌方法。根據(jù)不同農(nóng)作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)鋪設(shè)管道，鋪設(shè)管道時(shí)盡可能的縮短路線，不同作物在澆灌時(shí)對(duì)管道的鋪設(shè)也有不同的需求，布置滴灌帶時(shí)要考慮作物的生長(zhǎng)方向，要求與其保持一致[4]。設(shè)計(jì)和布置管道時(shí)要對(duì)實(shí)際需求的水單元進(jìn)行考慮，布置好的管道要對(duì)輪灌的具體實(shí)施提供便利條件，同時(shí)，管道布置設(shè)計(jì)還要對(duì)其性價(jià)比和運(yùn)行的安全穩(wěn)定性能進(jìn)行考慮。滴灌帶和作物布置圖如圖1所示。通過(guò)計(jì)算，根據(jù)滴灌帶當(dāng)前流量為0.692m3/h，從而得出系統(tǒng)總流量應(yīng)為233.2m3/h，支管進(jìn)口的流量應(yīng)為48.44m3/h。

圖1 滴灌帶和作物布置圖

3.2 計(jì)算系統(tǒng)水力

3.2.1 計(jì)算滴灌帶水力

在使用下述公式計(jì)算滴灌帶水頭損失h毛:

(1)

式中：f=0.505,k=1.15，m=1.75,b=4.75。計(jì)算后得出滴灌帶水頭損失為0.99m。

使用下述公式計(jì)算滴灌帶進(jìn)口工作壓力h0：

(2)

3.2.2 計(jì)算水頭損失

將單個(gè)球閥所控制的支管作為一個(gè)單位，每一個(gè)控制閥控制長(zhǎng)度為52.5m的地面支管，地面支管之間的距離為0.75m,采用de90PE管，單孔的水流量大小為692L/h，按照滴灌帶水頭損失的原理計(jì)算水頭損失，k=1.1:

(3)

經(jīng)計(jì)算，支管水頭的損失為1.15m。

3.2.3 選擇水泵類(lèi)型及首部樞紐設(shè)計(jì)

結(jié)合系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的實(shí)際流量大小為233.2m3/h，需要揚(yáng)程為30.53m，綜合對(duì)比后，本項(xiàng)目使用額定流量為262m3/h，功率為45kW，額定流量為38m3/h，型號(hào)為W200/345-45/4(Z)離心泵。

為了防止出現(xiàn)水錘的情況，水泵運(yùn)行時(shí)要先打開(kāi)出水口，進(jìn)行關(guān)閉時(shí)，要先關(guān)閉水泵，然后關(guān)閉出水口。系統(tǒng)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)速度不宜過(guò)快。系統(tǒng)首部位置設(shè)置施肥罐、過(guò)濾器、保護(hù)設(shè)備、控制測(cè)量設(shè)備。在干管上安裝過(guò)濾器，并將對(duì)應(yīng)的配套管件安裝好，按照設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流量以及微灌施肥參數(shù)配置施肥灌，過(guò)濾器上安裝有水表時(shí)，要使用逆止閥安裝在首部樞紐進(jìn)水管網(wǎng)處，規(guī)格要和過(guò)濾器的規(guī)格保持相同，當(dāng)使用壓力表安裝在過(guò)濾器進(jìn)出口位置時(shí)，將排氣閥設(shè)置在田間管網(wǎng)和連接管的最高位置。

3.3 系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)方案的組成部分

系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)方案有3個(gè)組成部分：①過(guò)濾器。工程方案實(shí)施地均采用地表水作為其主體水源，在主體管道上加裝了立式的過(guò)濾器，并配備了相關(guān)的管件對(duì)其進(jìn)行安裝和固定，此過(guò)濾器有自清洗的功能，能保證流出的水相對(duì)清潔[5]。②根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施肥流量。依據(jù)《滴灌工程設(shè)計(jì)圖集》中提到的常用微灌施肥設(shè)計(jì)的參數(shù)，要求每個(gè)系統(tǒng)按照要求配1個(gè)容量為300L的施肥罐。③加裝保護(hù)裝置。田間管網(wǎng)最高處與首部樞紐連接管處要加裝排氣閥。并且把水表安裝在過(guò)濾器前，把壓力表設(shè)計(jì)在過(guò)濾器出口端，要在首部樞紐進(jìn)管網(wǎng)處安裝逆止閥，一旦出現(xiàn)故障，能按照各部分進(jìn)行單獨(dú)維修，不至于整體受到影響，起到有效的保護(hù)作用。

3.4 滴灌工程中的土建設(shè)計(jì)

此工程的土建設(shè)計(jì)主要包括 6 個(gè)組成部分:①管溝。依據(jù)地質(zhì)資料的要求，挖開(kāi)后的管溝底要平整，用梯形作為管溝橫斷面，這樣能使其更加穩(wěn)固，要求開(kāi)挖管溝邊坡為1∶0.5，要用土質(zhì)均勻原土進(jìn)行回填，距離管壁20cm范圍內(nèi)土層不能有尖銳的碎石，根據(jù)計(jì)算確定管溝的深度和寬度。②泵房。管理房由磚混結(jié)構(gòu)建成，其具體的大小可以依據(jù)實(shí)際安裝的設(shè)備大小進(jìn)行調(diào)整，在系統(tǒng)首部安裝過(guò)濾系統(tǒng)，其安裝大小要考慮電機(jī)、控制閥門(mén)、配電設(shè)備使用和檢修的要求[6]。③管道交叉建筑物。為了防止管道老化，在放入鋼筋混凝土套管之前要做纏繞防老化材料進(jìn)行處理。分干管、干管在穿越渠系道路時(shí)要加設(shè)DN600規(guī)格的鋼筋混凝土套管。④鎮(zhèn)墩。根據(jù)各個(gè)位置靜(動(dòng))水壓力表所顯示的數(shù)據(jù)，把鎮(zhèn)墩設(shè)置在管道轉(zhuǎn)彎處、管道變徑處及末端排水處，為了達(dá)到建筑物穩(wěn)定的要求，嚴(yán)格計(jì)算其具體的尺寸。⑤閥門(mén)井及排水井。閥門(mén)井的位置一般放置于安裝有進(jìn)排氣裝備或閥門(mén)等管件的干管或者分干管上，在分干管的末端設(shè)置排水井，按井內(nèi)放置的設(shè)備容量及人員維修時(shí)操作的方便性來(lái)確定井的尺寸[7]。⑥設(shè)計(jì)沉淀池。沉淀池不但要有一定的儲(chǔ)水量，還要起到存水和沉沙的作用，滴灌的水源因使用的都是地表水，為了能保證整個(gè)系統(tǒng)工程的順利進(jìn)行，防止渠道來(lái)水量的過(guò)多或過(guò)少，此次工程采用的是能利用機(jī)械協(xié)作來(lái)完成清淤工作的寬潛形沉淀池。

3.5 管網(wǎng)布置

根據(jù)農(nóng)作物的種植模式和種植特點(diǎn)，本工程選用厚度為0.30mm的DN16mmPPR管，額定的滴頭工作壓力為10mH2O,設(shè)計(jì)額定流量為2.0L/h，滴頭之間的間隔距離為0.3m,流態(tài)指數(shù)為0.608，按照單行直線進(jìn)行布置，按照作物行布置滴灌帶。為了方便管理和操作，在水泵一旁布置首部樞紐裝置，將排水井布置在分干管尾端。如圖2所示。

圖2 管網(wǎng)系統(tǒng)布置圖

3.6 滴灌工作制度的設(shè)計(jì)

滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用輪灌運(yùn)行的方式進(jìn)行灌溉，分別由主管道向支管道輪流進(jìn)行供水，然后由支管向輔管進(jìn)行供水[8]。以一條輔管控制面積作為一個(gè)灌水小區(qū)，然后將多個(gè)小區(qū)組成輪灌組，并按照下述原則進(jìn)行劃分：

按照管道經(jīng)濟(jì)管徑輸水能力、水源流量、作物對(duì)灌溉用水的需求量來(lái)確定輪灌組的數(shù)量，計(jì)算公式如下：

N

(4)

式中：C指的是系統(tǒng)一天運(yùn)行時(shí)間；N指的是輪灌組的數(shù)量；T指的是設(shè)計(jì)灌水周期。毛管工作時(shí)間主要由灌水定額和毛管布置決定，毛管之間的間隔距離為0.75m，每一行作物均布置一條毛管，計(jì)算后得出工作時(shí)間為8h。一天可以安排兩個(gè)以上的輪灌組。在對(duì)輪組進(jìn)行劃分時(shí)，在項(xiàng)目區(qū)地塊布置一條干管和兩條分管，并由分干管分別向兩側(cè)進(jìn)行供水，對(duì)各個(gè)支管進(jìn)行控制，使各個(gè)輪灌組流量和灌溉面積接近，確保灌溉系統(tǒng)可以高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，滴灌技術(shù)在我國(guó)的農(nóng)田水利中得到充分的推廣，目前來(lái)看，這種技術(shù)存在很多的優(yōu)點(diǎn)，適合現(xiàn)階段在我國(guó)大部分地區(qū)進(jìn)行推廣，但同時(shí)此項(xiàng)技術(shù)還存在不足，實(shí)地實(shí)施過(guò)程中要更多的借鑒其他國(guó)家的成功案例，設(shè)計(jì)出更加經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、合理的方案，充分體現(xiàn)滴灌技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

[1]關(guān)瑜.對(duì)小型農(nóng)田水利工程建設(shè)和管理問(wèn)題的探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(07):485-486.

[2]馬英杰,楊九剛,馬亮,等.滴灌帶布設(shè)方式對(duì)棉田土壤鹽分運(yùn)移規(guī)律的影響研究[J].節(jié)水灌溉,2013(01):624-625.

[3]楊九剛,馬英杰,馬亮.滴灌帶布設(shè)方式對(duì)棉田土壤鹽分運(yùn)移規(guī)律的影響研究[J].節(jié)水灌溉,2012(05):68-70.

[4]屈衛(wèi)軍.棉花滴灌工程設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的探討[J].內(nèi)蒙古水利,2010(05):74-76.

[5]王蕾.番茄滴灌規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2011(02):35-37.

[6]戴榮富.河水自壓滴灌平流式沉沙池工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2013(09):89-91.

[7]白潔娜.農(nóng)六師軍戶農(nóng)場(chǎng)節(jié)水滴灌設(shè)計(jì)探析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(07):83-85.

[8]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(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(10):1131-1132.

1007-7596(2017)03-0089-03

2017-02-27

許強(qiáng)(1982-)，男，新疆焉耆人，工程師，研究方向?yàn)榍拦こ毯凸喔裙芾怼?/p>

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