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        新疆干旱灌區(qū)田間高效節(jié)水典型作物設(shè)計研究

        2020-04-13 01:43:40
        陜西水利 2020年12期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        王 飛

        (淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司新疆分公司,新疆烏魯木齊830000)

        1 項目區(qū)概況

        HX高效節(jié)水工程項目區(qū)屬溫帶半干旱氣候,四季分明,日照充足,全年平均日照2983 h,年平均氣溫8.7℃,1月最冷,極端最低氣溫-43.6℃,最熱為7月,平均氣溫25.4℃,極端最高氣溫43.8℃,無霜期多年平均為169 d。年平均降水量200 mm,分布不均,3月~7月占全年降水量的50.5%,7月下旬至9月降水較少,歷年積雪較穩(wěn)定,全年降雪量70 mm,年平均積雪時數(shù)85 d,年蒸發(fā)量為1600 mm,最大凍土深度1.32 m,最大風(fēng)速18.3 m/s。

        項目區(qū)總面積21636畝,全部為水澆地,主要種植玉米、小麥、甜菜等。由于田間基礎(chǔ)設(shè)施不配套,土地生產(chǎn)力水平較低,玉米單產(chǎn)800 kg/畝,小麥單產(chǎn)450 kg/畝,甜菜單產(chǎn)4532 kg/畝。

        主要建設(shè)內(nèi)容:利用已有水源,新建29個滴灌系統(tǒng),新建沉砂池1座,修建磚砌閘閥井251座,排水井265座。80目疊片全自動過濾器29組,200 L壓差式施肥罐24臺,300 L壓差式施肥罐4臺,400 L壓差式施肥罐1臺。配套的輸電線路和PVC-U管道及滴灌配件。

        根據(jù)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項目規(guī)劃原則和建設(shè)規(guī)模的要求和工程方案選擇結(jié)果,按國家標(biāo)準(zhǔn)《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288-2018)[1]的規(guī)定確定工程等級別為Ⅳ等,工程規(guī)模為小(一)型。本文以玉米為研究對象,通過高效節(jié)水改造,實現(xiàn)節(jié)水增收的目的。

        2 工程技術(shù)參數(shù)確定

        2.1 種植模式

        項目區(qū)玉米的種植模式為30 cm+60 cm,玉米一條滴灌帶控制灌溉2行,實行寬窄行種植,寬窄間距30 cm+60 cm等行距播種。

        2.2 基本參數(shù)的確定

        (1)玉米設(shè)計土壤濕潤比為75.6%;作物的土壤濕潤比均符合《微灌工程技術(shù)規(guī)范》[2]表4.0.2中的要求;(2)設(shè)計耗水強度取6.01 mm/d,符合《微灌工程技術(shù)規(guī)范》表4.0.3中的要求;(3)滴灌灌溉水利用系數(shù)為0.9;(4)灌水均勻度不低于0.95;(5)滴灌帶設(shè)計工作壓力為0.10 MPa;(6)土壤容重:γ=1.45 g/cm3;(7)田間土壤持水率24%;(8)玉米的計劃濕潤深度為50 cm;(9)項目區(qū)最大凍土深度為1.26 m。

        2.3 滴灌帶選擇及布置方式

        灌水器為滴灌系統(tǒng)設(shè)計的核心參數(shù),因此需要選型。針對項目區(qū)的種植情況、土壤條件,提出三種方案進(jìn)行比選,方案一大流量,方案二中流量,方案三小流量,三種方案的特點,比選結(jié)論是推薦方案二中流量。

        表1 灌水器流量選型方案比選

        根據(jù)灌溉作物的特點以及便于每年滴灌帶的更換,本次建設(shè)滴灌帶選擇單翼迷宮式滴灌帶,滴頭流量為1.8 L/h,滴頭間距0.3 m,壁厚0.2 mm,內(nèi)徑16 mm,工作壓力10 m。

        2.4 灌溉制度的確定

        (1)設(shè)計灌水定額

        根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50485-2009)[2]中公式(4.0.10-1),最大凈灌水定額計算公式如下:

        mmax=0.001γzp(θmax-θmin)

        式中:mmax為最大凈灌水定額,mm;γ為土壤容重,項目區(qū)地表為灰漠土灌淤土,類似為壤土,根據(jù)工程地質(zhì)資料,干密度為1.45 g/cm3;z為土壤計劃濕潤層深度,cm。項目區(qū)種植大田作物,根據(jù)規(guī)范及類似項目經(jīng)驗,大田作物可取40 cm~60 cm,本項目z=50 cm;p為設(shè)計土壤濕潤比,取75.56%;θmax為適宜土壤含水率上限(占干土重量的百分?jǐn)?shù)),取田間持水量的90%,;θmin為適宜土壤含水率下限(占干土重量的百分?jǐn)?shù)),取田間持水量的65%,本文中田間持水量取24%。

        計算結(jié)果見表2。

        表2 灌水定額計算成果表

        (2)設(shè)計灌水周期的確定

        根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50485-2009)中公式(4.0.11-1)和(4.0.11-2),設(shè)計灌水周期計算公式如下:

        T≤Tmax

        Tmax=mmax/Ia

        式中:T為設(shè)計灌水周期,d;Tmax為最大灌水周期,d;mmax為最大凈灌水定額,mm;Ia為設(shè)計灌溉補充強度,mm/d。

        計算結(jié)果見表3。

        表3 設(shè)計灌水周期計算成果表

        (3)一次灌水延續(xù)時間的確定

        根據(jù)《微灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50485-2009)中公式(4.0.13-1),一次灌水延續(xù)時間計算公式如下:

        式中:t為一次灌水延續(xù)時間,h;m′為設(shè)計毛灌水定額,mm;Se為滴頭間距,根據(jù)選用滴灌帶產(chǎn)品,選定為0.3 m;Sr為作物平均行距,0.9 m;q為灌水器流量,L/h。q=1.8 L/h。計算得出:t玉米=5.5 h。一次灌水時間取值:t玉米=5.5 h。計算結(jié)果見表4。

        表4 一次灌水時間計算表

        (4)最大輪灌組數(shù)的確定

        N=CT/t

        式中:t為一次灌水延續(xù)時間,h;N為輪灌組數(shù);C為每天工作小時數(shù);T為灌水周期;計算結(jié)果見表5。

        表5 最大輪灌組數(shù)計算表

        根據(jù)計算,確定玉米的最大輪灌組數(shù)為24組。

        2.5 工作制度的確定

        滴灌系統(tǒng)工作制度方案比選:滴灌系統(tǒng)通常采用的工作制度為輪灌,目前應(yīng)用較多的輪灌方式有兩種:方案一:輔管輪灌,每條支管上布置若干條輔管,以一條輔管控制的灌溉范圍為灌水小區(qū),系統(tǒng)運行時,每次開啟該輪灌組內(nèi)的每條支管上的一條或多條輔管,該輔管上的毛管同時灌水。方案二:支管輪灌,支管上不設(shè)輔管,以一條支管控制的灌溉范圍為灌水小區(qū),一條或多條支管構(gòu)成一個輪灌組。兩種工作制度方案的特點。方案一輔管輪灌,管理比較繁瑣,勞動強度大,近年來安裝的滴灌系統(tǒng)均采用方案二支管輪灌,方案二的接受程度更高,因此,推薦方案二支管輪灌。工作制度比選過程見表6。

        表6 滴灌系統(tǒng)工作制度方案比選

        3 效益分析

        經(jīng)濟效益:2020年種植8341畝小麥,11048畝玉米,831畝甜菜,增產(chǎn)產(chǎn)值249.19萬元,新增人均純收入188.41元。投入產(chǎn)出比為1∶2.5。

        社會效益:實施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程,提高了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力,保障生產(chǎn)安全,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,促進(jìn)農(nóng)牧民增產(chǎn)增收,幫助農(nóng)牧民盡快脫貧致富,對當(dāng)?shù)氐纳鐣€(wěn)定、民族團結(jié)有積極的影響,對項目區(qū)民族經(jīng)濟的繁榮和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

        生態(tài)效益:工程實施后,灌溉水量易于控制,灌水均勻,防止了水土沖蝕,土壤硬結(jié),土肥退化,保持了土壤特定的水分運動和鹽分平衡,避免了土壤產(chǎn)生鹽堿化,土壤環(huán)境勢必向著有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境方面發(fā)展。改善了灌區(qū)灌溉條件,促進(jìn)灌區(qū)生物量的增長,改善灌區(qū)環(huán)境。灌區(qū)耕地適時適量的灌溉勢必促使土壤向有利于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的土壤類型發(fā)展。

        4 結(jié)論

        在HX高效節(jié)水工程項目區(qū)實施田間高效節(jié)水工程建設(shè),有效推進(jìn)了田間水肥一體化建設(shè)進(jìn)度,提升了水資源利用效率和肥料的利用效率,提高到了當(dāng)?shù)卮迕竦慕?jīng)濟收入,奠定了脫貧攻堅的基礎(chǔ)。防止了大水漫灌造成的水土沖蝕和土肥退化現(xiàn)象,灌區(qū)的環(huán)境得到改善,生態(tài)效益逐步凸顯。

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