结合实例探析滴灌工程设计

□杨岩岩　□杨　楠（原阳县水利局）

结合实例探析滴灌工程设计

□杨岩岩□杨楠（原阳县水利局）

随着水资源的紧缺，供水矛盾的加剧，对于以农业为方的城市来说，提高农业用水的利用效率，缓解农业用水不足问题，是当前需要重点解决的技术问题。滴灌技术是农田水利工程中应用较为普遍的一种重要水技术，特别是应用在气候干燥，水资源缺乏地区，应用效果会更理想。滴灌工程设计的合理性和科学性对滴灌技术应用的效果产生重要的影响，因此，需要对工程设计进行深入研究。文章以某市为例，对滴灌技术及优缺点进行介绍，并对滴灌工程进行科学设计。

农田水利；节水灌溉；滴灌系统；设计

0　引言

农田灌溉是保证农业生产的基础，随着水资源的日益短缺，人口与耕地矛盾突出，因此，就需要加强农田节水灌溉技术的研究，提高水资源的有效使用。在农田节水灌溉工程中，滴灌技术具有节水、灌水均匀、保持土壤结构、增产增效等方面的优点，因此现今成为应用较为普遍的一种技术。在滴灌技术应用中，灌溉设计及灌溉规划是重要内容，因为其对水利工程的整体效益及作用的发挥具有决定性作用。

1　滴灌技术及优缺点

1.1滴灌技术

滴灌技术为一种先进、低压节水的新型灌溉技术。这种技术是按照作物需水要求，将存在一定压力的水通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，以水滴的形式将水输送至灌溉带，均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法。

1.2滴灌技术优点

滴灌技术在应用过程中的优点如下：

1.2.1节水效果好

滴灌技术的应用大大提高水的利用率，其比地面灌溉节水1/3～1/2，比喷灌节水15%～25%，还能有效降低水分的蒸发。

1.2.2灌水均匀

用滴灌技术对作物进行灌溉，灌水均匀度可达80%～90%。

1.2.3农药施用量少

滴灌技术可把化肥溶解后灌注入灌溉系统，由于化肥同灌溉水结合在一起，肥料养分直接均匀地施到作物根系层，保证农作物得到充足的水分和养分，降低农药使用量，大大提高了肥料的有效利用率，进而提高了作物的品质。

1.2.4保持土壤结构

滴灌属微量灌溉，水分是缓慢均匀地渗入土壤，能很好保持温度和湿度，对土壤结构能起到保持作用，形成作物适宜的生长环境。

1.2.5增产增效

采用滴灌技术后，可大大提高作物的产量，和其它灌溉方式相比，可增产30%左右。

1.2.5节省劳力

滴灌技术的应用一般需要配有成套的机械化系统，因此可节省劳动力的投入，降低了生产成本。

1.2.6适应能力强

滴灌技术适应能力极强。适用于任何地形和土壤。

1.3滴灌技术缺点

滴灌技术在应用过程中的缺点有以下几点：

1.3.1容易引起堵塞

如水中的泥沙、有机物质或是微生物以及化学沉凝物等容易引起堵塞，严重时会使滴灌整个系统无法正常工作，甚至报废，也是当前滴灌应用中存在的最主要问题。

1.3.2会引起浅层土壤盐分的积累

当在含盐量高的土壤上进行滴灌或是利用咸水滴灌时，在湿润区的边缘会积累盐分，严重有可能引起盐害。

1.3.3造价较高

因为滴灌技术需要有成套的管道系统、自动化控制系统，因此造价会较高。

1.3.4限制根系的发展

作物的根系具有向水性，由于滴灌只湿润部分土壤，这样就会引起作物根系集中向湿润区生长，会限制作物的生长范围。

2　工程概况

某市是粮食主产区，但农业基础设施较为薄弱，各类水利设施老化失修；项目区内农用机井多为20世纪六七年代建造，很多已到报废年限，且分布不均、配套设施落后，供水能力已不能满足建设高效节水灌溉和现代农业发展的需求，灌溉水利用系数低，水资源浪费现象突出。

近几年来，随着某市工农业的快速发展，大量超采地下水，地下水资源严重紧缺，地下水位急剧下降，年平均下降1.50m，局部超出2.00m，地下水埋深达85～114m以下，致使开采条件不断恶化，打井深度愈打愈深，西部陵区现状机井深度约100～120m，井数不断增加，井灌机具不断更新换代，机井报废每年达100～150眼，灌溉周期由原来的7-10 d延长到15-25 d，井灌成本越来越高，年每亩水电费高达60元以上，一系列问题，严重制约着粮食稳产高产和当地农业快速发展、农民增收。因此，为解决水资源矛盾，提高水资源的利用率，采用滴灌进行灌溉。

3　滴灌工程设计

3.1设计依据

《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009），《机井技术规范》（SL/256-2000），《节水灌溉工程技术规范》（GB/T50363-2006）《节水灌溉工程实用手册》（中国水利水电出版社）。

3.2灌水器选择与毛管布置方式

选用内镶压力补偿式滴灌管，内径15.30mm，滴头额定流量qa=2.20L/h，额定工作压力100kPa，流态指数x=0.50，滴头间距0.30m，湿润直径为0.60m，拟定毛管间距为1m。

3.2.1采用上述滴灌管，其滴灌强度p为

式中：qa—滴头流量(L/h)；Sl—毛管间距(m)；Se—滴头间距(m)。

计算可得p=7.30mm/h＜p允=15mm/h，符合规范要求。3.2.2滴管土壤湿润比为

式中：P—土壤湿润比(%)；Dw—湿润带宽度(m);Sl—毛管间距(m)；Se—滴头间距(m)；

计算可得:P=94.20%＞80%，符合规范要求。

3.3网统布置与轮灌组划分

系统允许的最大轮灌组数为：

式中：Nmax—系统允许的最大轮灌组数(个)；C—系统日最大运行时数(h)，根据规范及当地生产条件取13 h；T—灌水周期(d)；t—一次灌水延续时间(t)。

计算可得：Nmax=28个。

根据当地日光温室实际情况，典型设计中大棚按棚长85m棚宽7m，棚内作物种植间距0.65m计算，采用毛管铺设长度为7m，每个日光温室共有128条毛管，可以计算出单个日光温室设计流量：

根据机井出水量Q井=32m3/h，则同时可以进行滴灌的大棚数量N=Q井/Q棚=4.70（个），以4个大棚为一个轮灌组，整个滴灌区域面积为10 hm2，共约86个大棚，即22个轮灌组，系统允许的最大轮灌组数为28个，所以整个滴灌区域1眼井可满足灌溉需求。

3.4滴灌管网水力计算

3.4.1干管管径及干管水量计算

以最不利工况确定干管直径，干管长度为500m，采用经济流速法来计算。当动力为电动机时，按下式计算：

式中：—经济管径(mm)；—设计流量(m3/h)，Q=32m3/h；V—经济流速（m/s），V=1.50m/s。

由上式计算可得：D=86.88mm，初选干管径采用φ90、壁厚3.50mm、公称压力0.80MPa的UPVC硬管。

3.4.2支管管径与支管进口水头计算

每条支管单侧控制128条毛管，每条毛管的流量为59.40L/h，相当于每条支管上有128个出水口，每个出水口的流量为59.40L/h，则每条支管的流量为59.40 L/h×128=7.60m3/h，每条支管长135m。拟定支管管径为φ50的PE管，壁厚2.90mm,则：

每条支管的沿程水头损失为

式中：hf支—支管沿程水头损失(m)；Q—流量(m3/h)；d—管道内径(mm)；L—管道长度(m)；F—多口系数，取0.37；—沿程水头损失摩阻系数，取0.95×105；—流量指数，取1.77；—管径指数，取4.77。

由上式计算可得：

每条支管的沿程水头损失为：hf支=1.47m。

3.4.3干管的沿程水头损失为：

式中：hf干—干管沿程水头损失(m)；Q—流量(m3/h)；d—管道内径(mm)；L—管道长度(m)；—沿程水头损失摩阻系数，取0.95×105；—流量指数，取1.77；—管径指数，取4.77。

由上式计算可得：

干管的沿程水头损失为：hf干=12.60m；

3.4.4干管局部水头损失

干管的局部水头损失可按沿程损失的10%考虑，则：

式中：hf干—毛管沿程水头损失(m)；hw干—毛管局部水头损失(m)。

由上式计算可得每条支管的局部水头损失为：

3.4.5干管实际水头损失干管的实际水头损失为：

由上式计算可得：

则干管进口水头为：

3.5水泵扬程及选型

如果首部枢纽水头损失（包括过滤器、控制阀、施肥装置、泵管等）为：h首部=5m,则水泵总扬程为：

式中：Zd—干管进口处地面高程（m）；Zs—机井动水位（m）；

由上式计算可得：H=24.13+5+30=59.13m。

则：选用水泵型号为200QJ32-65/5，其性能参数为Q=32m3/h，H=65m，配套电机功率9.20kW。

4　滴灌工程设计时应该注意的问题

第一,滴灌工程进行设计时对管线的选择要依据工程的概况和项目区的特点,对管线选择时,要选择壁厚均匀管线，且管道的抗堵塞性能要强，毛管外径管线也要选择合理的。

第二，对滴头的要求是流道顺畅，要避免滴头堵塞的问题。

第三，滴灌管线要进行合理布置及敷设，设计时要把滴灌工程的施工方便及农作物的影响问题考虑在内。

第四，对滴灌工程进行设计时，要尽量选择经济型滴灌系统设计方案，因为要考虑到工程造价的问题。

5　结语

综上所述，从目前的农业生产需求及水资源分配状况来看，采用滴灌溉技术不但解决灌溉问题，还可以提高农业抗御自然灾害能力，促进农业增产、增效，农民收入大幅度增加，从而减轻了农民负担，有效促进了农村经济的持续稳定地发展。

［1］郭本军.农田水利工程滴灌系统设计探析［J］.南方农业，2015（12）.

［2］李永华.农田水利工程高效节水灌溉发展思路［J］.北京农业，2015（9）.

［3］张静.浅谈小型农田水利项目滴灌工程施工方法［J］.城市建设理论研究（电子版），2014（13）.

［4］徐江.小型农田水利项目滴灌工程施工方法［J］.农民致富之友，2016（8）.

［5］王建东.水利工程中滴灌施工技术要点分析［J］.建筑工程技术与设计，2015（07）.

（责任编辑：刘青）

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