高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)滴灌工程設(shè)計探討

陶 濤

（新疆昌吉方匯水電設(shè)計有限公司,新疆 昌吉 831100）

新疆位于我國干旱地區(qū),水資源比較匱乏,農(nóng)業(yè)用水成為了當(dāng)?shù)丶毙杞鉀Q的問題。做好農(nóng)田灌溉工程,能有效節(jié)約水資源。農(nóng)業(yè)滴灌作為一種現(xiàn)代化高效節(jié)水的灌溉技術(shù),在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。滴灌是一種新型的低壓節(jié)水灌溉技術(shù),利用專門設(shè)計的小口徑管道配合內(nèi)鑲式滴頭,將水和養(yǎng)分準(zhǔn)確地供給農(nóng)作物,高效地利用了水資源。特別是在水資源十分短缺的新疆,大力推廣應(yīng)用滴灌技術(shù)顯得十分迫切。為此,本文以新疆沙灣縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目中滴灌工程設(shè)計進行分析。

1 工程概況

新疆沙灣縣高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目新建高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田25462畝,實施23 個滴灌系統(tǒng)。根據(jù)項目區(qū)的地形特點,將原有的條田進行集中連片,根據(jù)地形劃分系統(tǒng),能引用地表水的盡量引用地表水,新建沉砂池23 座。項目區(qū)主要種植作物為玉米和小麥,全部采用滴灌灌溉方式。

2 工程設(shè)計依據(jù)及原則

該滴灌工程設(shè)計的依據(jù)主要是相關(guān)的規(guī)范與規(guī)定,《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288-2018）、《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50363-2006）、《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50485-2009）等。

3 滴灌工程設(shè)計

滴灌系統(tǒng)是由首部樞紐,輸配水管網(wǎng),滴水器組成。首部樞紐包括、施肥罐、過濾器、控制與測量儀表等。滴灌工程的首部樞紐以一定的壓力將一定數(shù)量的水送入干管,然后輸配水管網(wǎng)將水均勻地輸送到滴水器,最后水流經(jīng)過滴水器微小的孔道,以點滴的方式滴入土壤中,進行農(nóng)業(yè)灌溉。滴灌是當(dāng)?shù)刈钣行У囊环N節(jié)水灌溉方式,可以提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率。

3.1 滴灌工程設(shè)計參數(shù)選擇

根據(jù)項目區(qū)資料,多年平均降水量299.4 mm,蒸發(fā)量744.6 mm,日平均參照作物騰發(fā)量為6.0 mm/d；項目區(qū)土壤大部分為壤土,適合于各種農(nóng)作物的種植。土壤田間持水量為24%,土壤容重為1.55 g/cm3；項目區(qū)地形坡度15‰～17‰,最大凍土深度為1.50 m。

項目區(qū)主要種植小麥和玉米。小麥株行距為15 cm×15 cm,滴灌帶鋪設(shè)采用一管五行,滴灌帶間距為0.8 m。玉米株行距為30 cm×45 cm,滴灌模式為一膜一管兩行,滴灌帶間距為0.9 m。

根據(jù)節(jié)水灌溉的相關(guān)規(guī)范以及滴灌技術(shù)發(fā)展所積累的經(jīng)驗,該項目滴灌工程各項技術(shù)的參數(shù)確定見表1。

表1 滴灌工程設(shè)計參數(shù)的選用

3.2 滴灌工程管網(wǎng)布置

滴灌工程管網(wǎng)布置主要是將水源通過加壓泵的方式使其順利通過干管流入支管,然后直接進入滴灌管中[1]。根據(jù)沙灣縣當(dāng)?shù)氐匦螚l件以及農(nóng)作物種植方向,項目區(qū)布置管網(wǎng)時采用魚骨形的方式,將干管深埋在地下,而支管留在地面。結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況,項目區(qū)滴灌系統(tǒng)采用主干管和分干管兩級干管。主干管、分干管埋于地下1.6 m,即覆土厚度為1.6 m。

3.3 輪灌控制面積

項目區(qū)共規(guī)劃23 個滴灌系統(tǒng),根據(jù)各系統(tǒng)的控制面積及種植作物面積計算所需供水流量,系統(tǒng)設(shè)計流量應(yīng)盡量接近且不小于所需供水流量。項目區(qū)23個系統(tǒng)的控制灌溉面積A=48 hm2～137 hm2,系統(tǒng)所需水量Q=164 m3/h～468 m3/h。

4 滴灌工程管道設(shè)計

滴灌工程管道設(shè)計是重中之重,投資占比較大,合理的管材、管徑選取,管道布置是決定滴灌工程設(shè)計成功與否的關(guān)鍵。

4.1 管材選擇

以本次滴灌工程為例,地埋管材（干管和分干管）常用的是UPVC管和PE管,這兩種管材相比較,從造價方面考慮,UPVC管材料費用較低,PE管材料費用相對較高；從施工難易程度方面考慮,PE管的施工較復(fù)雜且安裝技術(shù)要求較高,安裝現(xiàn)場必須有施工電源用于熔化接頭,操作不當(dāng)易引起漏水和接頭爆管。UPVC管安裝方便,安裝現(xiàn)場不需要電源,很少出現(xiàn)漏水或接頭爆裂情況。因此,本工程選用安全系數(shù)較高、施工技術(shù)難度低、造價較低的UPVC管道[2]。

地面支管常用管徑為de90、de110 和de125 三種PE管,結(jié)合當(dāng)?shù)剡\行管理水平和水力計算綜合比較,本工程支管選取de90 PE管。

灌水器的選擇,常用的灌水器有單翼迷宮式滴灌帶、壓力補償式滴灌帶、內(nèi)鑲式滴灌帶。單翼迷宮式滴灌帶較適用于小麥、玉米等大田作物,對泥沙處理要求最低,但其工作壓力及范圍最窄、流量對壓力最敏感、對水溫的變化很敏感,需一年一換；壓力補償式滴灌帶較適用于樹木、經(jīng)濟林灌溉,其工作壓力及范圍最寬、流量對壓力不敏感、對水溫的變化不敏感,但對泥沙處理要求最高,使用年限可達5 年；內(nèi)鑲式滴灌帶除制造精度滿足國家行業(yè)規(guī)范外,其余均處于單翼迷宮式和壓力補償式之間[3]。如表2 所示,綜合比較后,單翼迷宮式滴灌帶更適合于項目區(qū)使用,且最能發(fā)揮其功能,本項目選擇單翼迷宮式滴灌帶。

表2 各類型滴灌帶性能參數(shù)表

4.2 極限孔數(shù)與極限長度

極限孔數(shù)與極限長度主要表現(xiàn)在地面支管及灌水器（毛管）上。灌水器（毛管）極限孔數(shù)可通過降比r及壓比G采用試算公式計算灌水器（毛管）順、逆坡時的極限孔數(shù),其極限長度可根據(jù)極限孔數(shù)和灌水器滴頭間距計算得出。

支管極限孔數(shù)計算參照《微灌工程技術(shù)規(guī)范》采用如下公式計算：

式中：D為支管內(nèi)徑,mm；k為水頭損失擴大系數(shù),取1.1；q毛為毛管設(shè)計流量,取420 L/h；Se為毛管間距,0.8 m；Nm為支管極限孔數(shù)。

結(jié)合本工程項目計算結(jié)果Nm為157。

支管極限長度計算參照《微灌工程技術(shù)規(guī)范》采用如下公式計算：

式中：Nm為支管極限孔數(shù),157；S0為支管進口至首孔的距離,0.2 m；Se為毛管間距,0.8 m。

結(jié)合本工程項目計算結(jié)果Lm為125 m。

4.3 水泵選型

在整個滴灌工程建設(shè)中,水泵的位置主要用于水源與首部樞紐之間,顯而易見,水泵的主要作用就是將水源中水抽到首部樞紐中,給各大輸水管提供水量；因此,水泵的選型需要結(jié)合水源的水量以及地區(qū)的用水情況綜合考慮。河水滴灌工程水泵適宜選用離心泵,應(yīng)優(yōu)先選用國優(yōu)與部優(yōu)產(chǎn)品以及獲得國家生產(chǎn)許可證的節(jié)能產(chǎn)品。

其次,水泵的流量與揚程應(yīng)與滴灌系統(tǒng)設(shè)計流量和設(shè)計水頭基本一致,使其保持在高效率區(qū)穩(wěn)定工作；項目區(qū)所選用的水泵型號應(yīng)盡可能一致,便于運行管理和零件配換維修；在選型時也要同時考慮項目區(qū)附近供電情況,避免電機功率過大,供電沒有保障的情況發(fā)生。

5 結(jié)語

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是目前全疆乃至全國大力推行的惠民政策,通過田間滴管工程的建設(shè),有效解決農(nóng)田的干旱、灌水不均勻、施肥不到位、灌溉成本高等問題,從根本上緩解了水資源緊張的問題,隨著地下水資源保護力度的不斷加大,水資源的高效利用必將提高到一個新的高度,滴灌工程的實施定會發(fā)揮巨大作用。