劉盈盈，李 威

(佳木斯市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 佳木斯 154002)

推廣應(yīng)用

某農(nóng)場(chǎng)滾移式噴灌系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)應(yīng)用

劉盈盈，李 威

(佳木斯市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 佳木斯 154002)

滾移式噴灌機(jī)是一種半機(jī)械化大型噴灌機(jī)組，文章對(duì)其主要結(jié)構(gòu)、工作方式、適用性等方面進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹和分析，并依據(jù)紅五月農(nóng)場(chǎng)的地塊條件，分析了大豆高效節(jié)水灌溉制度，并在此基礎(chǔ)上詳述了滾移式噴灌工程設(shè)計(jì)，包括噴灌機(jī)布置、管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最終得出結(jié)論，滾移式噴灌系統(tǒng)是適合我國(guó)目前農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)規(guī)模和生產(chǎn)力發(fā)展水平的機(jī)型之一。

滾移式噴灌；灌溉制度；系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量；設(shè)計(jì)壓力水頭；噴灌設(shè)備

1 概 述

紅五月農(nóng)場(chǎng)，位于九三分局東南部，場(chǎng)部距分局30km，全場(chǎng)總面積314km2，其中耕地面積為1.24萬(wàn) hm2，是一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度較高，以種植小麥、大豆為主，林、牧、副、漁全面發(fā)展的谷物農(nóng)場(chǎng)。

全局交通、電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較強(qiáng)，覆蓋全局各鄉(xiāng)村，電網(wǎng)質(zhì)量和電壓等級(jí)良好，完全滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。全局交通路網(wǎng)較為發(fā)達(dá)，路面狀況良好，主要干路路面均為混凝土路面。

該局水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還不配套，嚴(yán)重制約了高效農(nóng)業(yè)發(fā)展，管理局及農(nóng)場(chǎng)對(duì)發(fā)展農(nóng)田水利工程要求十分迫切。

根據(jù)地形條件、水源條件及農(nóng)場(chǎng)灌溉發(fā)展需要，對(duì)場(chǎng)部東側(cè)地塊進(jìn)行滾移式噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)，地塊種植作物主要為大豆，單井出水量在80m3/s左右。

2 滾移式噴灌工作原理及適用條件

滾移式噴灌機(jī)是一種大型半機(jī)械化噴灌機(jī)組。滾移式噴灌機(jī)組配套部分主要由驅(qū)動(dòng)車、輸水支管(兼作輪軸)、從動(dòng)輪、引水軟管、噴頭、噴頭矯正器、自動(dòng)泄水閥、制動(dòng)支桿等組成[1]。

該機(jī)可以用人力推移，也可以配備驅(qū)動(dòng)車，操作方便、簡(jiǎn)單，且爬坡能力強(qiáng)，可用于很陡的坡地，省去平整土地的高昂費(fèi)用。

管接頭為快速拆裝式，裝拆方便，通過(guò)加裝或拆掉幾節(jié)管道的方式，便可灌溉不規(guī)則形狀地塊。噴頭矯正器使噴頭在作業(yè)位置處于豎直向上狀態(tài)，保證灌溉質(zhì)量。

作業(yè)順序是在一個(gè)位置噴灑一段時(shí)間，達(dá)到灌水定額后，關(guān)閉干管上給水閥，移動(dòng)噴灌機(jī)至下一給水閥，繼續(xù)噴灌[2]。

水通過(guò)主管道的輸送經(jīng)由噴頭噴灑到地塊上，設(shè)備的主管道選用鋁合金管道，噴灌機(jī)全長(zhǎng)150～600m，根據(jù)實(shí)際，一般選用300～400m，這主要是考慮地塊的寬度和水源流量。管道為抗扭鋁管，直徑一般為110mm。

噴灌間距一般為10～12m，單噴頭流量范圍選用1.34～3.2m3/h。一般根據(jù)噴灌機(jī)長(zhǎng)度，可采用人工移動(dòng)，需要10人左右，單機(jī)控制面積最大一般為66.67hm2。

3 灌溉制度

根據(jù)當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)資料確定噴灌的灌水定額和灌水周期。

3.1 噴灌灌溉制度

噴灌計(jì)算公式為：

(1)

式中：m為設(shè)計(jì)灌水定額，mm；H為灌溉水的利用系數(shù)；h為計(jì)劃土壤濕潤(rùn)層深度，cm；β1為適宜土壤含水量上限(重量百分比)；β2為適宜土壤含水量下限(重量百分比)；γ為土壤容重，kg/cm3；T為設(shè)計(jì)灌水周期，d。

(2)

式中：W為作物日需水量，mm/d。

3.2 大豆高效節(jié)水灌溉制度

3.2.1 大豆的需水規(guī)律

大豆不同生育時(shí)期計(jì)劃濕潤(rùn)層的適宜土壤濕度：播種時(shí)應(yīng)在田間持水量的90%；出苗后控制在田間持水量60%～70%；出苗—分枝期，為田間持水量的65%～90%；分枝—開(kāi)花期，為田間持水量的70%～90%；花期—鼓粒期為田間持水量的90%～85%；鼓?！墒炱谠谔镩g持水量的65%～90%[3]。

3.2.2 大豆高效節(jié)水灌溉制度

從大豆的需水規(guī)律來(lái)看，各生育階段需水量按大小排列順序是：花期—鼓粒期>鼓?！墒炱?分枝—花期>苗期—分枝期。因此，花莢期既是需水最多的時(shí)期，也是大豆各生育階段中灌水效果最佳的時(shí)期，必需保證充足灌水[4-6]。

在不能滿足充分供水灌溉的地區(qū)，大豆的各生育階段土壤水分下限(占田間持水量的百分?jǐn)?shù))可適當(dāng)降低，除播種期保持70%～90%，開(kāi)花結(jié)莢期≥65%外，其它階段土壤水分下限可降至60%?？梢愿鶕?jù)以上原則，參考黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)《用水定額》DB23/T727—2010，制定大豆的高效節(jié)水灌溉制度，詳見(jiàn)表1。

表1 大豆高效節(jié)水灌溉制度表

4 滾移式噴灌工程典型設(shè)計(jì)

4.1 噴灌機(jī)布置

4.1.1 管道布置

主管道從水源井一直鋪設(shè)到地邊，然后沿壟向布設(shè)，噴灌支管與主管道垂直銜接。詳見(jiàn)圖1。

圖1 滾移式噴灌典型地塊布置示意圖

4.1.2 噴灌系統(tǒng)工作制度

每日凈噴灌時(shí)間，根據(jù)農(nóng)場(chǎng)實(shí)際情況，擬定噴灌時(shí)間t=22h。噴頭在一個(gè)點(diǎn)位上噴灑時(shí)間根據(jù)公式確定，計(jì)算公式為：

t=abm/1000q

(3)

式中：a為噴頭間距；b為支管間距；m為設(shè)計(jì)灌水定額；q為噴頭流量。

4.1.3 噴頭每日可工作的噴點(diǎn)數(shù)

計(jì)算公式為：

n=tr/(t+ty)

(4)

式中：tr為噴頭每日噴灌作業(yè)時(shí)間，tr=20h；ty為每次移動(dòng)、拆裝和啟閉噴頭的時(shí)間，ty=10min。

4.1.4 噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量的推求

計(jì)算公式為：

Q=nPq/ηC

(5)

式中：nP為設(shè)計(jì)管線上同時(shí)工作的噴頭數(shù)；q為噴頭設(shè)計(jì)流量；ηC為灌溉水利用系數(shù)，ηC=0.85。計(jì)算成果見(jiàn)下表：

表2 滾移式噴灌系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算表

根據(jù)水源水量要求，推算滾移式噴灌控制面積41.75hm2，地塊寬360m，長(zhǎng)1160m。

4.2 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

干管選用直徑150mm涂塑軟管，支管選用直徑110mm薄壁鋁合金管。

4.2.1 噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力

計(jì)算公式為：

H=Zd-ZS+hS+hP+∑hf+∑hj

(6)

式中：H為噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力，m；Zd為典型噴點(diǎn)的地面高程，m；ZS為水源水面高程，m；hS為典型噴點(diǎn)的豎管高度，m，hS=0.8m；hP為典型噴點(diǎn)噴頭的工作壓力，m，hP=25m；∑hf為由水泵吸水管至典型噴點(diǎn)的噴頭進(jìn)口處之間管道的沿程水頭損失，m；∑hj為由水泵吸水管至典型噴點(diǎn)的噴頭進(jìn)口處之間管道的局部水頭損失，m。

4.2.2 干管沿程損失

計(jì)算公式為：

(7)

S0=f/db

(8)

式中：hf為管道沿程水頭損失，m；SO為比阻，即單位管長(zhǎng)、單位流量時(shí)的沿程水頭損失；f摩阻系數(shù)，鋁合金管f=0.861×105，塑料管9.48×104；d為管道內(nèi)徑，mm；b為管徑指數(shù)，鋁合金管b=4.74，塑料管b=4.77；Q為管道流量，m3/h；m為流量指數(shù)，鋁合金管m=1.74，塑料管m=1.77；L為管道長(zhǎng)度，m。

4.2.3 噴灌機(jī)支管沿程損失

對(duì)于多噴頭支管的沿程水頭損失，計(jì)算公式為：

h′f=Fhf

(9)

式中：h＇f為多噴頭支管的沿程水頭損失，m；F為多口系數(shù)。

4.2.4 管道的局部水頭損失的計(jì)算

計(jì)算公式為：

(10)

式中：hj為局部水頭損失，m；ξ為局部阻力系數(shù)；V為管道水流速，m/s。

根據(jù)計(jì)算，典型地塊井噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)總壓力為111m，采用250QJ80—120/6型水泵[7]。

5 設(shè)備選型

典型滾移式噴灌機(jī)工程設(shè)備表見(jiàn)表3。

表3 典型滾移式噴灌機(jī)工程設(shè)備表

6 結(jié) 語(yǔ)

滾移式噴灌機(jī)是適用條件廣泛的一種大型半機(jī)械化噴灌設(shè)備，設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)主要根據(jù)水源工程的水量、灌溉制度計(jì)算可灌面積、確定地塊的長(zhǎng)度、寬度、噴頭數(shù)量，并復(fù)核其噴灌強(qiáng)度等指標(biāo)。計(jì)算噴灌系統(tǒng)的總水頭壓力，確定選用合適泵型，最后選定設(shè)備。

[1]中華人民共和國(guó)水利部.GB50288—99灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999.

[2]北京水利水電管理干部學(xué)院，武漢水利電力大學(xué).噴灌與微灌工程技術(shù)管理規(guī)程[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

[3]李援農(nóng)，馬孝義.節(jié)水灌溉新技術(shù)--噴灌、微灌技術(shù)(1)[J].農(nóng)村實(shí)用工程技術(shù)，2002(11):12.

[4]C.H.派爾.農(nóng)田噴灌系統(tǒng)[J].節(jié)水灌溉，1978(02):74-91.

[5]李濤.噴灌系統(tǒng)常見(jiàn)故障和排除[J].河北農(nóng)業(yè)科技，2002(03):27.

[6]孫萬(wàn)弟，段春梅，陳仲安，彭鳳碧.噴灌系統(tǒng)管理指標(biāo)的補(bǔ)充性調(diào)查驗(yàn)證報(bào)告[J].噴灌技術(shù)，1985(12)，29.

[7]高歌陽(yáng).噴灌經(jīng)濟(jì)[J].排灌機(jī)械，1996(01):47-51.

1007-7596(2014)01-0181-03

2013-09-25

劉盈盈(1982-)，女，黑龍江哈爾濱人，助理工程師；李威(1987-)，女，黑龍江慶安人，助理工程師。

TP273

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