□王艷平 □秦海霞 □孟 玥 □李永剛

（1河南省水利科學(xué)研究院 2河南省節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心3河南科源水利建設(shè)工程檢測(cè)有限公司 4黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

0 前言

澠池縣位于河南省西部，果元鄉(xiāng)趙莊節(jié)水增效項(xiàng)目區(qū)66.67 hm2范圍是當(dāng)?shù)厥卟松a(chǎn)基地，經(jīng)濟(jì)效益較好，項(xiàng)目區(qū)選擇半固定噴灌進(jìn)行高效節(jié)水灌溉，不僅可以節(jié)約灌溉用水，而且可以改善作物品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目區(qū)灌溉水源為位于項(xiàng)目區(qū)南1.50km處的胡家洼水庫(kù)水，水量有保障。

1 灌溉制度擬定

1.1 設(shè)計(jì)灌水定額

式中：m—設(shè)計(jì)灌水定額（mm）；r—土壤容重（g/cm3）；H—計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（cm）；β1—適宜土壤含水量上限（重量比%）；β2—適宜土壤含水量下限（重量比%）；η—噴灑水利用系數(shù)。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)土壤情況和作物種植情況，土壤容重取1.40 g/cm3，主要根系活動(dòng)層深取50 cm，田間持水量取28%，適宜土壤含水量上限取田間持水量的90%，下限取70%，噴灑水利用系數(shù)按規(guī)范要求取0.90，由式（1）計(jì)算得設(shè)計(jì)灌水定額為43.60mm，合 436.50m3/hm2。

1.2 設(shè)計(jì)灌水周期

式中：T—設(shè)計(jì)灌水周期（d）；m—設(shè)計(jì)灌水定額（mm）；η—噴灑水利用系數(shù)；Ep—需水臨界期日均需水強(qiáng)度（mm/d）。

半固定噴灌項(xiàng)目區(qū)主要種植蔬菜，其需水臨界期日均需水強(qiáng)度取4mm/d，其它參數(shù)取值同式（1），經(jīng)計(jì)算得設(shè)計(jì)灌水周期T=7.80 d，設(shè)計(jì)取 8 d。

2 噴頭選型及組合間距

2.1 噴頭選型

參考以往類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用情況，噴頭選用性價(jià)比較好的ZY-2型噴頭，該噴頭生產(chǎn)工藝先進(jìn)、材質(zhì)好、經(jīng)久耐用。所選噴頭性能指標(biāo)參數(shù)：噴嘴直徑d為7.00mm×3.10mm；工作壓力HP為0.30MPa；噴嘴流量QP為3.83m3/h；射程R為19.10m；霧化指標(biāo)Wh為4286。

2.2 組合間距

按噴灌均勻系數(shù)不低于75%的要求，設(shè)計(jì)風(fēng)速取3.40m/s，噴頭組合間距?。?.00～0.80）R，在無(wú)固定風(fēng)向的情況下，按正方形布置，噴頭間距和支管間距均取18m。

單支管多噴頭同時(shí)噴灑時(shí)，組合噴灌強(qiáng)度由式（3）計(jì)算：

式中：ρ—組合噴灌強(qiáng)度（mm/h）；Kw—風(fēng)系數(shù)；Cp—布置系數(shù)；ρs—單噴頭噴灌強(qiáng)度（mm/h）；V—設(shè)計(jì)風(fēng)速（m/s）；Qp—噴頭設(shè)計(jì)流量(m3/h)。

根據(jù)噴頭工作參數(shù)計(jì)算單噴頭噴灌強(qiáng)度ρs為3.34，由a/R(0.94)查Cp-a曲線得布置系數(shù)Cp為1.72，按設(shè)計(jì)風(fēng)速3.40m/s計(jì)算風(fēng)系數(shù)Kw=1.37。組合噴灌強(qiáng)度ρ計(jì)算結(jié)果為7.90，項(xiàng)目區(qū)土壤允許噴灌強(qiáng)度為10mm/h，即組合噴灌強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 噴灌設(shè)計(jì)流量

按設(shè)計(jì)灌溉面積66.67 hm2，管網(wǎng)水利用系數(shù)0.95，每日工作時(shí)數(shù)18 h，設(shè)計(jì)灌水周期8 d，設(shè)計(jì)灌水定額436.50m3/hm2，計(jì)算設(shè)計(jì)流量：

Q=436.50×66.67/(0.95×18×8)=212.70（m3/h）

4 噴灌工作制度

4.1 噴頭在工作點(diǎn)上的噴灑時(shí)間（t）

式中:a、b—分別為噴頭、支管間距，其它符號(hào)意義同前。

由式（4）計(jì)算得d7.00×3.10噴頭在工作點(diǎn)上的噴灑時(shí)間t為4.50 h。

4.2 噴頭每日可噴灑的工作點(diǎn)數(shù)（N）

d7.00×3.10噴頭每日工作時(shí)數(shù)td為18 h，則噴頭每日可噴灑的工作點(diǎn)數(shù)為4個(gè)。

4.3 每次同時(shí)噴灑的噴頭數(shù)（n）

按設(shè)計(jì)流量212.70m3/h計(jì)算，d7.00×3.10同時(shí)工作的噴頭數(shù)為53個(gè)，根據(jù)規(guī)劃同時(shí)工作的噴頭數(shù)為56個(gè)。

5 管網(wǎng)布置及輪灌組劃分

5.1 管網(wǎng)布置原則

為使噴灌系統(tǒng)安全運(yùn)行、管理方便，管網(wǎng)系統(tǒng)布置應(yīng)體現(xiàn)的原則：結(jié)合地塊特征，合理布置管線，使管道總長(zhǎng)度最短；管道布置應(yīng)滿足各用水戶的需求，管理方便，有利于組織輪灌和迅速分散流量，支管應(yīng)盡可能與作物種植方向一致，便于耕作；固定地埋管道的末端、邊坡、轉(zhuǎn)彎和分叉處應(yīng)設(shè)鎮(zhèn)墩。管網(wǎng)埋設(shè)深度應(yīng)滿足機(jī)耕、防凍要求。

5.2 輪灌組劃分

根據(jù)管網(wǎng)布置和設(shè)計(jì)流量，可滿足8條支管上的噴頭同時(shí)運(yùn)行，共分成4個(gè)輪灌組，每個(gè)輪灌組1次2條支管運(yùn)行，順序輪灌即可。

6 管網(wǎng)水力計(jì)算及水泵選型

6.1 經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算和選擇

6.1.1 干管管徑

首先用經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算公式（5）初選，最后經(jīng)水力計(jì)算確定。

式中：D—計(jì)算經(jīng)濟(jì)管徑（mm）；Q—通過(guò)的流量（m3/h）。

6.1.2 支管管徑

支管管徑應(yīng)滿足噴灌《規(guī)范》規(guī)定的同一條支管上任意2個(gè)噴頭之間的工作壓力差不大于噴頭設(shè)計(jì)工作壓力的20%，經(jīng)水力計(jì)算后確定。

6.2 水力計(jì)算基本公式

6.2.1 沿程水頭損失計(jì)算

管道沿程水頭損失按公式（6）計(jì)算，公式中的有關(guān)參數(shù)選取見(jiàn)表1。

式中：hf—管道沿程水頭損失（m）；L、d—計(jì)算管道長(zhǎng)度（m）、管道內(nèi)徑（mm）；Q—計(jì)算管道通過(guò)流量（m3/h）；f—管道摩阻系數(shù)；m、b—流量指數(shù)、管徑指數(shù)。

6.2.2 支管多噴頭噴灑沿程水頭損失

按多口系數(shù)法計(jì)算，見(jiàn)式（7）

式中：H′f—多噴頭支管沿程水頭損失（m）；F—多口系數(shù)，查《噴灌工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》；Hf—設(shè)計(jì)流量均勻通過(guò)支管計(jì)算的沿程水頭損失。

表1 各種管材參數(shù)值表

6.2.3 局部水頭損失

為簡(jiǎn)化計(jì)算，局部水頭損失按沿程水頭損失乘加大系數(shù)進(jìn)行估算，本設(shè)計(jì)加大系數(shù)取1.05。

6.3 水力計(jì)算結(jié)果及水泵選型

根據(jù)管網(wǎng)布置、管網(wǎng)輪灌工作制度選擇最不利工作點(diǎn)進(jìn)行水力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 水源工程輸水干管水力計(jì)算表

6.3.1 水源工程

由水源至田間蓄水池水位高差10.00m，輸水干管計(jì)算長(zhǎng)度2500.00m。

噴灌工程田間擬建日調(diào)節(jié)蓄水池，泵站水泵機(jī)組每日24 h連續(xù)工作，設(shè)計(jì)灌水周期8 d，管網(wǎng)水利用系數(shù)0.95，泵站設(shè)計(jì)流量為：

水源工程輸水干管選用Φ200×9.70PVC管，由公式（6）并考慮局部水頭損失加大系數(shù)計(jì)算得水頭損失為33.90m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為43.90m，見(jiàn)表2。根據(jù)設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程選用1臺(tái)6Sh-9型水泵，額定流量170m3/h、揚(yáng)程47.60m，配套電機(jī)200L2-2/37、功率37 kW。

6.3.2 田間蓄水池容積

噴灌工程田間管網(wǎng)每日運(yùn)行18 h，因此田間蓄水池容積應(yīng)能容納泵站其余6 h內(nèi)所提供的水量，田間蓄水池調(diào)蓄水量為：

半固定式噴灌工程田間蓄水池容積取1050m3。

6.3.3 田間管網(wǎng)

根據(jù)管網(wǎng)布置和輪灌組劃分，田間管網(wǎng)分為2個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)。水泵與管網(wǎng)連接段設(shè)計(jì)流量為106.30m3/h、計(jì)算長(zhǎng)度24.00m、選用Φ160×4.70PVC管；干管設(shè)計(jì)流量為53.10m3/h、計(jì)算長(zhǎng)度426.00m、選用Φ160×4.70 PVC管。干管變徑后設(shè)計(jì)流量為26.60m3/h，計(jì)算長(zhǎng)度290.00m，選用Φ110×3.40PVC管；移動(dòng)支管設(shè)計(jì)流量為26.60m3/h，計(jì)算長(zhǎng)度126.00m，選用Φ75鋁合金管；由公式（6），并考慮局部水頭損失加大系數(shù)、多口系數(shù)，分別計(jì)算連接段、干管、移動(dòng)支管水頭損失，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 半固定式噴灌水力計(jì)算成果表

由管網(wǎng)水頭損失考慮噴頭工作壓力0.30MPa、豎管高度1.50m、地形高差2.00m，計(jì)算系統(tǒng)揚(yáng)程為41.80m。

根據(jù)設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)揚(yáng)程，查水泵性能表，擬選用2臺(tái)IS125-80-160Z型水泵，額定流量105m3/h、揚(yáng)程42.80m，配套電機(jī)200L1-2/30、功率30 kW。

7 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)水資源十分緊缺，用好寶貴的水資源，使其產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益顯得尤為重要。半固定式噴灌作為一種高效節(jié)水灌溉工程形式，與傳統(tǒng)地面灌溉相比，可以有效減少輸水滲漏，提高輸水效率，一般不會(huì)產(chǎn)生徑流和深層滲漏，田間水利用系數(shù)高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，節(jié)省勞力，適應(yīng)性強(qiáng)，且半固定式噴灌系統(tǒng)支管可重復(fù)使用，能降低投資，操作方便，占地少，值得大范圍推廣應(yīng)用。在進(jìn)行半固定式噴灌工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先要弄清水源情況，做好系統(tǒng)總體規(guī)劃布局，再根據(jù)種植作物進(jìn)行灌溉制度設(shè)計(jì)，由管網(wǎng)水力計(jì)算得出系統(tǒng)所需揚(yáng)程從而進(jìn)行水泵選型。