蘇月姣

陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)西北分公司 陜西榆林 719000

水資源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要支撐，更是自然生態(tài)安全的重要保障。陜北地區(qū)干旱少雨、沙地連片、生態(tài)環(huán)境惡劣，面對我國水資源短缺的難題，如何合理高效的進(jìn)行水資源利用是緩解改善當(dāng)前水資源短缺問題的關(guān)鍵所在，而農(nóng)業(yè)用水占到了社會(huì)總用水量的70%左右，發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)勢在必行。中心支軸式噴灌機(jī)具有節(jié)約用水、高效、節(jié)約勞動(dòng)力等特點(diǎn)在發(fā)展規(guī)?；?、集約化農(nóng)業(yè)過程中發(fā)揮著重要作用，同時(shí)對于緩解地下水超采局面有著重要意義。2012年以來我國關(guān)于中心支軸式噴灌機(jī)的研究取得了一系列成果，王永輝等對中心支軸式噴灌機(jī)末端增壓泵開發(fā)進(jìn)行了研究,開發(fā)出增加泵高效水力模型，為解決方形地塊的地角灌溉缺陷問題提供了解決方案[1]。

1 研究區(qū)概況

1.1 土壤條件

項(xiàng)目區(qū)屬于風(fēng)沙灘區(qū)，地表土層主要為風(fēng)沙土，沙丘呈波狀起伏較大，局部呈斜坡坡度較大。由于自然修復(fù)功能，地表有較薄結(jié)皮，但有機(jī)質(zhì)含量有限為2.5g/kg，pH值6.8，堿解氮26mg/kg，有效磷2.17mg/kg，速效鉀22.53mg/kg。項(xiàng)目區(qū)土壤質(zhì)量無法保障作物生長，需運(yùn)用土體重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行土壤改良，客土土質(zhì)為紅土，結(jié)構(gòu)較密，粘性較強(qiáng)，該土與沙土參合后，可耕性比較強(qiáng)，對改良土壤有良好的效果。

1.2 水文條件

項(xiàng)目區(qū)周邊無常年流水河流，主要依靠地下水開采，井深150m，靜水位為30m，水位降深一般為35m，最低動(dòng)水位65m，出水量一般在30-35m3/h左右。根據(jù)灌溉實(shí)際需要布置機(jī)井、管網(wǎng)、噴灌機(jī)、調(diào)節(jié)水池和其它建筑物。根據(jù)測驗(yàn)地下水pH值為7.5，微堿性，適合用于灌溉用水。

1.3 電力條件

項(xiàng)目區(qū)有10kv高壓線路通過，村內(nèi)目前在地塊內(nèi)安裝一臺(tái)30kva變壓器，作為供電電源。本項(xiàng)目電源將從區(qū)外東北角10kv高壓線“T”型接入，規(guī)劃沿田間路邊，根據(jù)需要采用地埋電纜形式向中心管理房供電，以滿足區(qū)內(nèi)供電布局要求。

2 水源工程設(shè)計(jì)

2.1 井型選擇與設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)地處風(fēng)沙灘區(qū)，主要含水層位于第四系松散層孔隙潛水。根據(jù)水文地質(zhì)條件，項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃以新打機(jī)井為灌溉水源井，根據(jù)相鄰項(xiàng)目鉆孔資料顯示，項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)井深150m，靜水位為30m，水位降深一般為35m，最低動(dòng)水位65m，出水量一般在30-35m3/h左右。井管設(shè)計(jì)為鋼管，管內(nèi)徑273mm，壁厚5mm。井壁管外圍填充濾水層。水源井通過潛水電泵提水至噴灌機(jī)中央蓄水池。

2.2 單井控制面積

單井控制灌溉面積按公式計(jì)算：

式中：AO—單井控制灌溉面積（畝）；

Q—單井出水量（m3/h）；Q=32m3/h；

t—灌溉期機(jī)井每天開機(jī)時(shí)數(shù)，t=18（h/d）；

T—每次輪灌期天數(shù)（d），6d；

η—灌溉水利用系數(shù)，根據(jù)《陜西省行業(yè)用水定額》陜西省灌區(qū)渠系水和田間水利用系數(shù)表，項(xiàng)目區(qū)采用管道輸水，因此η渠=0.97，η田間=0.92，則η=η渠×η田間=0.8924；

η1—干擾抽水的水量消減系數(shù)，經(jīng)抽水試驗(yàn)確定，η1=0.1；

m—綜合平均灌水定額（m3/畝），均以噴灌計(jì)算，按照前述計(jì)算結(jié)果，取m=21.3m3/畝。

經(jīng)計(jì)算，單井控制面積AO=130畝。

2.3 井距確定

井距可按公式計(jì)算初定：

式中：L—井距(m)；

A0—單井控制灌溉面積（hm2），8.66hm2（130畝）；

K—系數(shù)，依據(jù)《陜西省土地開發(fā)整理建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，按方形布井時(shí)，K=99.92，按梅花型布井時(shí)，K=107.67；本項(xiàng)目中井按照方形布置。

經(jīng)過計(jì)算，L=294m。

2.4 機(jī)井?dāng)?shù)量

項(xiàng)目區(qū)共布置噴灌圈3個(gè)，噴灌半徑分別為265m，300m，150m，噴灌面積為55.65hm2，新打機(jī)井?dāng)?shù)量計(jì)算如下：

N=A/A0

式中：N—新打機(jī)井?dāng)?shù)量；

A—灌溉面積；以畝計(jì)算834.75畝；

A0—單井控制面積，A0=130畝；

則，N=6.42 眼。

3 噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 噴灌工程設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)參數(shù)。

a、作物灌水臨界期需水量EP，取EP=7.15mm/d；

b、設(shè)計(jì)風(fēng)速小于等于3.4m/s。

（2）初選噴灌機(jī)所需水流量的確定

噴灌機(jī)所需水流量按公式：

式中：QO—噴灌機(jī)總流量，m3/h；

EP—作物灌水臨界期需水量，mm/d；

A—噴灌機(jī)灌溉面積，畝；

η—灌溉水利用系數(shù)，取0.82。

經(jīng)計(jì)算，R=265m的噴灌圈控制的灌溉面積為21.24hm2，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需水量86.50m3/h，R=300m的噴灌圈控制的灌溉面積為27.34hm2，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需水量110.80m3/h，R=150m的噴灌圈控制的灌溉面積為7.07hm2，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需水量27.70m3/h。根據(jù)以上計(jì)算的噴灌系統(tǒng)流量，按照噴灌圈半徑和灌溉面積，選取中心支軸電動(dòng)噴灌機(jī)型號。

（3）噴頭等間距布置情況下，噴頭流量的確定（PQ1，R=265m）

桁架中部噴頭的流量，也就是所有噴頭的平均流量為：

式中：α——為桁架等分?jǐn)?shù)。

a=R/L=265/2=135

式中：L——噴頭間距，取2m。

式中：qn為從支軸中心開始，第n個(gè)噴頭的流量；

n——從支軸中心開始，第n個(gè)噴頭。

計(jì)算得：q1=0.005m3/h。其他噴灌圈參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。

（4）噴灌機(jī)加壓泵的選定

①噴灌機(jī)加壓泵的流量

根據(jù)選取的噴灌機(jī)DYP-260，其額定流量為86.50m3/h。

②噴灌機(jī)加壓泵揚(yáng)程計(jì)算。

a）輸水管管徑確定

管徑計(jì)算依據(jù)公式：

式中：D——管道內(nèi)徑，mm；

Q——灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，取86.50m3/h；

V——管內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速，鋼管取2.0m/s。

通過計(jì)算，管道內(nèi)徑為123mm。根據(jù)無縫鋼管規(guī)格表，選取鋼管尺寸為125mm×5mm的管道即可滿足要求。

b）管道損失計(jì)算

水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-1999），管道沿程水頭損失采用下列公式計(jì)算：

式中：hf—管道沿程水頭損失，m；

f—摩阻系數(shù)，項(xiàng)目區(qū)管道為鋼管，取6.25×105；

L—管長，取260m；

Q—流量，86.50m3/h；

m—流量指數(shù)，取1.9；

d—管道內(nèi)徑，125mm；

b—管徑指數(shù)，5.1。

為簡化局部水頭損失計(jì)算，本規(guī)劃采用沿程水頭損失的20%計(jì)算。

經(jīng)過計(jì)算，可得輸水管沿程水頭損失為7.86m，局部水頭損失為 1.57m，總損失為 9.43m。

c）加壓泵總揚(yáng)程計(jì)算

H總=H池動(dòng)水位+H輸水管+ΔH+H入

式中：H總—加壓泵總揚(yáng)程，m；

H池動(dòng)水位—蓄水池最低水位，2m；

H輸水管—輸水管水頭損失，9.43m；

ΔH—噴灌機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)最高點(diǎn)與清水池地面高差，取2m；

H入—噴灌機(jī)入口工作壓力。

4 結(jié)語

本文以陜北地區(qū)長勝采當(dāng)土地開發(fā)項(xiàng)目為典型，清晰系統(tǒng)地對中心支軸式噴灌機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，主要包括以下流程：資料收集、水源設(shè)計(jì)，噴灌機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。近年來陜北地區(qū)土地開發(fā)項(xiàng)目配套安裝的中心支軸噴灌機(jī)使用對糧食作物增產(chǎn)效果明顯，土豆年均產(chǎn)量可達(dá)3000kg以上。

隨著我國土地流轉(zhuǎn)日趨活躍，農(nóng)業(yè)規(guī)?；?，集約化發(fā)展以及水資源短缺，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺、成本增加等狀況，作為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要設(shè)備中心支軸式噴灌機(jī)作用不言而喻，發(fā)展?jié)摿薮?。中心支軸式噴灌機(jī)不僅對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展其中舉足輕重的作用，而且在節(jié)水灌溉，保生態(tài)方面也扮演著不可忽視的角色，通過本文工程實(shí)例典型設(shè)計(jì)可為陜北地區(qū)中心支軸式噴灌機(jī)的設(shè)計(jì)和推廣工作提供理論支撐，為全國其他地區(qū)的節(jié)水灌溉發(fā)展提供借鑒。