劉凡明

（陜西省西安市臨潼區(qū)地下水工作隊(duì)，陜西 西安 710600）

滴灌是利用滴頭、滴灌管（帶），以滴水或細(xì)小流水的方式，濕潤(rùn)作物根區(qū)附近部分土壤的灌溉技術(shù)。與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，具有灌水均勻，灌溉水利用率高；適時(shí)適量供水供肥，作物產(chǎn)量高，品質(zhì)好；易于調(diào)節(jié)土壤濕潤(rùn)體內(nèi)鹽分濃度；適應(yīng)于各種土壤和地形等多方面的優(yōu)點(diǎn)。本文以綠康泰生態(tài)園滴灌工程為例，對(duì)滴灌工程的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

1.1 項(xiàng)目區(qū)自然條件

綠康泰生態(tài)園位于臨潼區(qū)徐楊街道屯劉村、西王村界內(nèi)，緊靠208縣道，占地700畝，園區(qū)內(nèi)主要種植櫻桃、葡萄等經(jīng)濟(jì)作物。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，海拔在374 m～375 m之間，土壤以中壤土為主。土壤容重為1.37 t/m3，孔隙率為40%～50%，田間最大持水量24.3%，pH值為7.88，有機(jī)質(zhì)含量0.84%～1.36%，有機(jī)質(zhì)含量0.84%～1.36%，土方氮磷比32∶1，凍土層厚28 cm。多年平均降水量575.82 mm，頻率為50%、75%、90%的降雨量分別為553.4 mm、482.7 mm、427.3 mm。降水具有強(qiáng)烈的季節(jié)性，多集中在7月～9月。

1.2 工程設(shè)施條件

項(xiàng)目區(qū)屬于渭河以北渠井雙灌區(qū)，由于地處涇惠灌區(qū)下游，農(nóng)灌時(shí)水源不能保證灌溉用水，所以灌溉用水以機(jī)井補(bǔ)水為主，且該區(qū)地下水補(bǔ)給情況良好，水質(zhì)情況良好，符合農(nóng)業(yè)灌溉用水要求。地層主要以粘土、粗砂、細(xì)砂層等為主，農(nóng)用灌溉機(jī)井成井深度80 m～150 m，出水量為15 m3/h～40 m3/h。項(xiàng)目區(qū)分為北區(qū)和南區(qū)，南區(qū)長(zhǎng)340 m，寬250 m，面積130畝；北區(qū)長(zhǎng)210 m，寬200 m，面積70畝，總計(jì)200畝，均種植櫻桃，櫻桃的株行距為4 m×4 m。

1.3 水源條件

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)原有機(jī)井1眼，井深80 m，出水量25 m3/h；另外有200 m3蓄水池1座。為了滿足灌溉用水要求，再新打150m深機(jī)井1眼，出水量40 m3/h。2眼井共同抽水到蓄水池，再從蓄水池中抽水作為灌溉水源。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及灌水器的選擇

根據(jù)櫻桃的種植方式、土壤質(zhì)地要求，結(jié)合滴灌工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定滴灌工程的設(shè)計(jì)保證率、設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度、灌溉水利用系數(shù)、土壤設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比、計(jì)劃濕潤(rùn)層深度、適宜土壤含水量、日灌溉最大運(yùn)行時(shí)數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)。

根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T50485-2009）及項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)條件，滴灌工程灌溉設(shè)計(jì)保證率取90%。日均設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度Ea=5.0 mm/d。灌溉水利用系數(shù)取η=0.90。土壤設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比按公式P=(0.785×DW2/Se×S1)×100%，經(jīng)計(jì)算P=39%。計(jì)劃濕潤(rùn)層深度取H=1.0 m。機(jī)井日最大工作時(shí)數(shù)td=18 h。

根據(jù)果木需水要求、種植方式及灌水器水利特性，采用PE滴灌管，直徑16 mm，壁厚1.0 mm，滴頭間距0.5 m，設(shè)計(jì)工作壓力0.1 MPa，滴頭流量3.0 L/h，流態(tài)指數(shù)x=0.46。

2.2 設(shè)計(jì)灌溉制度

最大凈灌水定額按公式 mmax=0.001γH（θmax-θmin）p 計(jì)算，代入相關(guān)參數(shù)得mmax=23.51 mm，換算為15.68 m3/畝。

灌水周期按公式Tmax=mmax/Ea計(jì)算，代入相關(guān)參數(shù)得:Tmax=4.70d，則 T=4 d。

設(shè)計(jì)凈灌水定額:md=T×Ea=4×5.0=20.0 mm（合13.34 m3/畝)。

設(shè)計(jì)毛灌水定額:m'=md/η=20.0/0.9=22.22（mm）（合14.82 m3/畝)。

一次灌水延續(xù)時(shí)間:t=(m'×Se×S1)/qd=(22.22×0.5×4)/3.0=14.8 h。

2.3 水量平衡核定

根據(jù)機(jī)井穩(wěn)定出水量和櫻桃需水強(qiáng)度，計(jì)算機(jī)井可控制的灌溉面積，計(jì)算按A=(η×QS×td)/10×E計(jì)算，將參數(shù)代入得：A=21.06 hm2，經(jīng)換算為315.9畝，大于項(xiàng)目區(qū)面積200畝，水源滿足滴灌系統(tǒng)要求。

2.4 工程規(guī)劃布置

為充分利用蓄水池的作用，兩眼井共同抽取地下水至蓄水池，作為灌溉水源。在蓄水池旁修建滴灌首部系統(tǒng)管理房，干管南北方向布設(shè)，輸水到項(xiàng)目區(qū)南北邊界，支管按灌溉小區(qū)東西方向布設(shè)，分支管平行于支管東西方向布設(shè)引水到地頭，毛管順櫻桃行方向布設(shè)，分部在分支管的兩側(cè)，呈“豐”字型。干管、支管埋設(shè)于地下，分支管及毛管布設(shè)于地上。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算

3.1 水頭偏差計(jì)算

灌水小區(qū)中灌水器的流量差hv=qv/x[1+0.15×(1-x)/xqv],將參數(shù)代入得：hv=0.45。工作壓力ha=10 m時(shí)，灌水小區(qū)水頭允許偏差為4.5m。微灌小區(qū)設(shè)計(jì)允許水頭偏差在支、毛管之間的分配比例為0.45∶0.55，因此灌水小區(qū)中允許的最大水頭差為Δh支=4.5×0.45=2.05 m；Δh毛=4.5×0.55=2.48 m。

3.2 毛管極限長(zhǎng)度計(jì)算

毛管的極限鋪設(shè)長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

本次設(shè)計(jì)毛管的長(zhǎng)度為75 m，小于毛管的極限鋪設(shè)長(zhǎng)度96 m，因此毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 輸水管網(wǎng)布置

管網(wǎng)按干、支、分支管、毛管四級(jí)管道布設(shè)。干管沿園區(qū)道路框架布設(shè)；支管東西走向布設(shè)；分支管平行于支管輸水到地頭，毛管垂直于支管按作物行距布設(shè)，每4 m布置一道。

3.4 輪灌組劃分與管道設(shè)計(jì)流量的確定

允許的輪灌組最大組數(shù)為：N=T×c/t=4.86(組)，則園區(qū)劃分為4個(gè)輪灌組，8個(gè)地塊。

毛管流量計(jì)算采用公式：Q毛=n×qi=450 L/h。

分支管流量：Q分支=N×Q毛=7.2 m3/h。

支管流量:Q支=N×Q分支=28.8 m3/h。

干管流量Q干=2×28.8=57.6 m3/h。

采用2眼單井水量分別為40 m3/h和25 m3/h的機(jī)井向200 m3蓄水池供水作為灌溉水源，大于干管流量57.6 m3/h，所以水量滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 管網(wǎng)水力計(jì)算

選取距離水源較遠(yuǎn)、面積稍大的第一輪灌組為典型，進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算。

3.5.1 毛管水力計(jì)算

毛管水力計(jì)算采用下式：

f、m、b、F 等 參 數(shù) 可 查 《微 灌 工 程 技 術(shù) 規(guī) 范》（GB/T50485-2009），本設(shè)計(jì)中毛管采用聚乙烯管f=0.505，m=1.75，b=4.75，F(xiàn)=0.362,經(jīng)計(jì)算：hf毛=1.149m；h毛進(jìn)口=11.37m。

3.5.2 分支管水力計(jì)算

分支管水力計(jì)算方法與毛管相同，一條分支管長(zhǎng)度為28 m，毛管的間距為4 m，則一條分支管控制的毛管數(shù)目為16條，流量為7200 L/h，分支管采用聚乙烯φ63，內(nèi)徑為59 mm，f=0.505，m=1.75，b=4.75，F(xiàn)=0.453,經(jīng)計(jì)算：hf分支=0.140m；h分支進(jìn)口=11.69 m。

（1）分支管、毛管水頭總損失為：

hf毛×1.1+hf分支×1.1=1.42 m＜Δh支=2.05 m，滿足水頭偏差要求。

（2）支管管徑：

d=18.8(Q/V)0.5=18.8×（28.8/1.11）0.5=95.76 mm

支管選用φ90UPVC管，壁厚為2.7 mm。

（3）干管管徑：

干管選用φ110UPVC管，壁厚為3.2 mm。

（4）干管、支管水利計(jì)算，采用下式：

f、m、b、F 等 參 數(shù) 可 查 《微 灌 工 程 技 術(shù) 規(guī) 范》（GB/T50485-2009），本設(shè)計(jì)中干管、支管采用UPVC管f=0.464，m=1.77，b=4.77，計(jì)算結(jié)果見表 1。

表1 綠康泰生態(tài)園滴灌Ⅰ區(qū)管道進(jìn)口壓力計(jì)算結(jié)果表

表2 綠康泰生態(tài)園滴灌其他輪灌區(qū)管道進(jìn)口壓力計(jì)算結(jié)果表

4 計(jì)算結(jié)果分析

滴灌工程的設(shè)計(jì)要點(diǎn)首先是根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的土壤性質(zhì)、種植作物的灌溉需水量、自然氣候等條件確定各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)而確定灌溉制度。接著是進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算，確定輪灌制度、各級(jí)管徑等，使之滿足滴灌工程的水量、流速、水壓等要求，達(dá)到正常灌溉的目的。

項(xiàng)目區(qū)面積200畝，根據(jù)實(shí)際條件確定合理設(shè)計(jì)的參數(shù)后，設(shè)計(jì)水源提供水量可灌溉315.9畝；最大需水量57.6 m3/h，可提供的水量為65 m3/h，水源滿足要求。項(xiàng)目區(qū)劃分為4個(gè)灌溉小區(qū)8個(gè)地塊，每個(gè)輪灌區(qū)最多有2條支管，8條分支管，128條毛管。管網(wǎng)分為干管、支管、分支管、毛管4級(jí)，毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度分別為75 m，水頭偏差小于2.48 m；分支管鋪設(shè)長(zhǎng)度分別為28 m水頭偏差小于2.05 m，水壓滿足要求，各級(jí)管道水流速度在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

綠康泰生態(tài)園滴灌工程作為臨潼區(qū)高效節(jié)水灌溉工程的一部分，通過水力計(jì)算，設(shè)計(jì)結(jié)果滿足規(guī)范要求，目前該工程已按設(shè)計(jì)內(nèi)容施工完成。通過項(xiàng)目的實(shí)施，解決了灌溉水源問題，提高了灌溉水的利用系數(shù)，起到了高效節(jié)水的作用；灌溉設(shè)備中采用了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使灌溉更加方便和準(zhǔn)確，達(dá)到了省時(shí)、省力的效果；提高了作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，增加了群眾的經(jīng)濟(jì)收入。可為類似滴管工程設(shè)計(jì)提供借鑒。