馬曉立

(新疆瑞祥農(nóng)牧工程咨詢設(shè)計(jì)院有限公司， 新疆 烏魯木齊 830000)

新疆福海縣小洼漕草料基地建設(shè)項(xiàng)目中自壓滴灌技術(shù)的應(yīng)用

馬曉立

(新疆瑞祥農(nóng)牧工程咨詢設(shè)計(jì)院有限公司， 新疆 烏魯木齊 830000)

自壓滴灌技術(shù)作為一種較為理想的節(jié)水灌溉方式，有效利用地形落差對作物進(jìn)行灌溉，具有節(jié)約用水、耗能低、運(yùn)行成本低、收益高和便于管理等特點(diǎn)。目前福海縣小洼槽草料基地建設(shè)項(xiàng)目已經(jīng)成功建成自壓滴灌系統(tǒng)，運(yùn)行效果非常顯著。

自壓滴灌技術(shù)； 農(nóng)田； 灌溉； 應(yīng)用

1 工程概況

福?？h位于新疆阿勒泰地區(qū)中部，東鄰富蘊(yùn)縣，西接阿勒泰市、吉木乃縣、和布克賽爾縣，北與蒙古人民共和國接壤，南與昌吉回族自治州毗鄰。小洼漕項(xiàng)目區(qū)北面距福?？h城約120km，地處烏倫古河以南、古爾班通古特沙漠北緣、頂山中部的小洼槽一帶。地貌屬于準(zhǔn)噶爾盆地北部緩坡地帶，主要地貌類型為凹陷的洼地與起伏的丘陵。項(xiàng)目區(qū)地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，氣候干旱，屬寒溫帶大陸性干旱氣候。項(xiàng)目區(qū)多年平均降雨量114.1mm，年均蒸發(fā)量1844.4mm，水資源非常有限，季節(jié)性缺水明顯，因此推廣節(jié)水灌溉技術(shù)是此項(xiàng)目穩(wěn)定發(fā)展的必然選擇。項(xiàng)目區(qū)灌溉面積較大，水源至項(xiàng)目區(qū)內(nèi)部地形落差較大，約為80m，平均縱坡12‰。

2 灌溉方式選擇

通常節(jié)水灌溉可選擇滴灌、噴灌及管道灌等方式。根據(jù)田間灌溉所需壓力、作物生長習(xí)性以及節(jié)水等要求，滴灌技術(shù)的應(yīng)用效果是比較理想的，有加壓滴灌和自壓滴灌兩種。自壓滴灌技術(shù)是利用自然地形落差實(shí)現(xiàn)滴灌灌溉的一種技術(shù)，具有節(jié)約用水、耗能低、運(yùn)行成本低、收益高和便于管理等特點(diǎn)。結(jié)合以上幾點(diǎn)，小洼槽草料基地項(xiàng)目采用自壓滴灌技術(shù)，實(shí)施后效果非常顯著。

3 自壓滴灌工程設(shè)計(jì)

3.1 自壓滴灌系統(tǒng)構(gòu)成

小洼槽草料基地項(xiàng)目控制面積為3.7萬畝，包括場外工程和場內(nèi)工程兩部分。其中，場外工程包括引水樞紐、沉淀池、主干管和支干管；場內(nèi)工程包括首部(組合過濾器和施肥罐)、干管、分干管、支管和滴灌帶。自壓滴灌系統(tǒng)組成為水源、引水樞紐、沉淀池、主干管、首部、干管、分干管、支管、滴灌帶、滴頭。

3.2 場外工程設(shè)計(jì)

3.2.1 引水樞紐設(shè)計(jì)

引水樞紐工程可分以下兩段：上段為橫向(相對于退水閘出流方向)直線矩形斷面取水槽段，長50m。引水道起點(diǎn)0+000在退水閘出流段末端左岸側(cè)，斷面為矩形混凝土結(jié)構(gòu)；取水槽末端設(shè)控制閘。下段為進(jìn)水渠段，將水送入沉淀池。渠長147m，為現(xiàn)澆混凝土板梯形斷面，設(shè)計(jì)流量2.0m3/s，加大流量2.5m3/s。

3.2.2 沉淀池設(shè)計(jì)

沉淀池采用平流式，為整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的水量調(diào)節(jié)池，同時(shí)具泥池沉淀處理功能。

a.流量計(jì)算。設(shè)計(jì)流量=系統(tǒng)總流量+沉淀池?fù)p失流量。

系統(tǒng)總流量根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50485—2009)(以下簡稱《規(guī)范》)中3.2.1條，按下式

計(jì)算：

式中A——灌溉面積，hm2；

Qs——水源可供流量，m3/h；

Ia——設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度，取6.5mm/d；

η——灌溉水利用系數(shù)，取0.9；

td——水源日供水小時(shí)數(shù)，取22h/d；

最終確定沉淀池設(shè)計(jì)流量為12449m3/h。

b.設(shè)計(jì)參數(shù)選取。停留時(shí)間T取2h，表面負(fù)荷率ν0為1.7m/h，泥沙濃度C0為2.7kg/m3，水平流速v為60m/h，沉淀池設(shè)計(jì)流量Q為12449m3/h，泥沙容重γ取1780kg/m3。

c.最終確定沉淀池底長120m，底寬60m，池深4.3m，內(nèi)邊坡1∶1.5；進(jìn)水池長度10m，寬度8m，深4.5m。

3.2.3 主干管和支干管設(shè)計(jì)

經(jīng)過比較，管徑大于400mm及以上采用玻璃鋼管、管徑小于400mm采用PVC-U管是比較經(jīng)濟(jì)的。根據(jù)《規(guī)范》要求，由管內(nèi)流量、管材經(jīng)濟(jì)流速、水頭損失、管道靜水壓力及生產(chǎn)廠家管材的壓力等級等計(jì)算確定：主干管采用工作壓力等級為0.6～1.0MPa的玻璃鋼管，管徑為400～1200mm；支干管采用工作壓力為0.8MPa的玻璃鋼管和PVC-U管，管徑為315～600mm。主干管和支干管地埋鋪設(shè)，分水處設(shè)分水閥井，管道最高點(diǎn)設(shè)排氣井，管道最低處和末端設(shè)排水井。

3.3 場內(nèi)工程設(shè)計(jì)

3.3.1 首部設(shè)計(jì)

首部設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)首部的過濾器、施肥罐、量測設(shè)備的設(shè)備選型設(shè)計(jì)。由于采用自壓滴灌，為了防止田間系統(tǒng)壓力過大，每個(gè)系統(tǒng)在進(jìn)過濾器前均安裝閘閥、減壓閥和快速泄壓閥，用于調(diào)節(jié)水量和壓力。首部連接為支干管→閘閥→調(diào)壓閥→快速泄壓閥→閘閥→過濾器(施肥罐)→干管。每個(gè)系統(tǒng)首部建磚混管理房1座。

a.過濾器選型。項(xiàng)目區(qū)水源為地表水，從沉沙池取水，所含雜質(zhì)主要為細(xì)砂，選用“砂過濾器(S)+篩網(wǎng)過濾器(W)”，確保水質(zhì)達(dá)到灌溉系統(tǒng)的要求，保證灌水器使用過程中不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。過濾器采用自動(dòng)反沖洗式，根據(jù)各系統(tǒng)流量配備過流量為400m3/h、450m3/h、500m3/h、550m3/h、600m3/h、650m3/h和700m3/h的過濾器。

b.施肥罐選型。根據(jù)系統(tǒng)灌溉面積不同，配備型號SFG-200和SFG-300的壓差式施肥罐。

c.控制設(shè)備。每個(gè)首部安裝2套控制閘閥。

d.量測及安全設(shè)備。每套過濾器均配備4個(gè)壓力表、3個(gè)排氣閥、1臺(tái)水表量測設(shè)備。

3.3.2 田間基本參數(shù)確定

a.灌溉水利用系數(shù)。根據(jù)《規(guī)范》，管道輸水利用系數(shù)取0.98，田間水利用系數(shù)取0.92，則灌溉水利用系數(shù)為η=η管道η田間=0.90。

c.灌水小區(qū)允許水頭(流量)偏差率。根據(jù)《規(guī)范》4.0.6條，灌水小區(qū)灌水器設(shè)計(jì)允許流量偏差率應(yīng)滿足[qv]≤20%，取qv=20%。

水頭偏差率按下式

計(jì)算：

式中 [hv]——灌水器工作水頭偏差率，%；

qv——灌水器流量偏差率，取20%；

x——灌水器流態(tài)指數(shù)，取0.6。

計(jì)算得[hv]=0.34。

d.土壤濕潤比。按下式計(jì)算：

式中P——土壤濕潤比，%；

Sw——濕潤帶寬度，取0.67m；

Sl——滴管帶間距，取0.9m；

Se——滴頭間距，取0.3m；

St——作物株距，取0.15m；

Sr——毛管直線布置時(shí)一條毛管灌溉的作物行數(shù)，取2；

n——一棵作物作占有的灌水器數(shù)目，n=St/Se×Sn。

計(jì)算得：P=75%。

e.設(shè)計(jì)灌水定額。根據(jù)《規(guī)范》4.0.10條，按下式計(jì)算：

mmax=0.001γzP(θmax-θmin)

式中mmax——最大凈灌水定額，mm；

γ——土壤容重，取1.45g/cm3；

z——土壤計(jì)劃濕潤層深度，取45cm；

P——土壤濕潤比，取75%；

θmax——適宜土壤含水率上限(重量百分比)，21.60%；

θmin——適宜土壤含水率下限(重量百分比)，15.60%。

計(jì)算得m=29.36mm。

f.設(shè)計(jì)灌水周期。根據(jù)《規(guī)范》4.0.11條，按下式計(jì)算：

T≤Tmax

其中

Tmax=mmax/Ia

式中T——設(shè)計(jì)灌水周期，d；

Tmax——最大灌水周期，d。

計(jì)算得Tmax=4.52d，取4.5d。

g.設(shè)計(jì)灌水定額。根據(jù)《規(guī)范》4.0.12條，按下公式計(jì)算：

md=TIa

式中md——設(shè)計(jì)凈灌水定額，mm；

m′——設(shè)計(jì)毛灌水定額，mm。

計(jì)算得m′=32.63mm

h.一次灌水延續(xù)時(shí)間。根據(jù)《規(guī)范》4.0.10條，按下式計(jì)算：

式中qd——滴頭設(shè)計(jì)流量，取2.4L/h；

SL——滴管帶間距，取0.9m

Se——滴頭間距，取0.3m。

計(jì)算得t=3.67h，取3.67h。

i.輪灌組。根據(jù)《規(guī)范》按下式計(jì)算：

N≤CT/t

式中N——設(shè)計(jì)最大輪灌組數(shù)。

計(jì)算得N=22。

3.3.3 系統(tǒng)輪灌制度

在運(yùn)行管理中，要嚴(yán)格按照輪灌制度表開啟各級閥門，控制閥門的啟閉時(shí)間，遵守先開啟下級閥門再開啟上級閥門、先關(guān)閉上級閥門再關(guān)閉下級閥門的要求，同時(shí)要防止水錘和負(fù)壓破壞閘閥和管道。進(jìn)入冬季的非灌溉期必須將所有地埋管、地面管和沉淀池內(nèi)的存水徹底放出排空，以防止入冬后管道凍裂或池壁凍脹造成損失。

3.3.4 田間管網(wǎng)設(shè)計(jì)

田間管網(wǎng)包括干管、分干管、出地栓、支管和滴灌帶。根據(jù)《規(guī)范》要求，由管內(nèi)流量、管材經(jīng)濟(jì)流速、水頭損失、管道靜水壓力及管材的壓力等級等計(jì)算確定。系統(tǒng)干管、分干管均采用工作壓力為0.6MPa和0.8MPa的PVC-U管，干管管徑為160～315mm，分干管管徑為110～160mm；出地栓采用工作壓力為1.0MPa的PVC-U管，管徑為90mm；支管選用工作壓力為0.25MPa的PE管，管徑為90mm；滴管帶選用WDF16/2.4-100型，為PE管，內(nèi)徑16mm，壁厚0.18mm，滴頭流量2.4L/h，滴頭間距0.3m，鋪設(shè)間距0.9m。干管、分干管地埋鋪設(shè)，分水處設(shè)分水閥井，管道最高點(diǎn)設(shè)排氣井，管道最低處和末端設(shè)排水井；支管和滴管帶鋪設(shè)于地表。

4 工程效益

該自壓滴灌項(xiàng)目建成后，比地面灌溉節(jié)約用水111萬m3，節(jié)約的水量可用于其他項(xiàng)目的灌溉；該項(xiàng)目利用地形落差不需要?jiǎng)恿?，運(yùn)行成本比加壓滴灌節(jié)約了28.5萬元電費(fèi)(加壓滴灌水泵揚(yáng)程按25m、電價(jià)按0.5元/(kW·w)計(jì)算)；作物的產(chǎn)量也得到了一定的提高。

5 結(jié) 語

該項(xiàng)目的建成，使項(xiàng)目區(qū)內(nèi)農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施得以配套，改良了土地，改善了環(huán)境，提高了農(nóng)業(yè)科技水平，有效地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民增收，并且?guī)?dòng)了當(dāng)?shù)亓?、牧、副業(yè)發(fā)展，增加了就業(yè)機(jī)會(huì)，帶動(dòng)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；使項(xiàng)目區(qū)用水效率大幅度提高，取得了非常顯著的增產(chǎn)效益。自壓滴灌技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以有效實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉目標(biāo)，還可以提高水資源的利用率，節(jié)約能源，方便管理，真正走向節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。

[1] GB/T 50485—2009微灌工程技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[2] GB/T 50363—2006節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.

[3] 顧烈烽.大田滴灌工程設(shè)計(jì)圖集[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

Application of self-pressure drip irrigation by gravity at Xinjiang Fuhai Xiaowacao Forage Base Construction Project

MA Xiaoli

(XinjiangRuixiangAgro-pastoralEngineeringConsulting&DesigningInstituteCo.,Ltd.,Urumqi830000，China)

As an ideal means of water-saving irrigation, drip irrigation by gravity can irrigate crops by taking advantage of topological fall effectively, with the advantages of water saving, low energy consumption, low cost, high benefits and easy management. Currently, the drip irrigation system by gravity has been built successfully at the Fuhai Xiaowacao Forage Base Construction Project, and it has exerted a very significant operating effect.

drip irrigation by gravity; farmland; irrigation; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.019

TV213

B

1005-4774(2015)03-0070-03