張紹輝 廖功磊,2 鐘林濤 余欣,2

1.四川省機(jī)械研究設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限公司，四川成都

2.四川省農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)，四川成都

本次柑橘灌溉設(shè)計(jì)位于南充市南部縣雄獅鎮(zhèn)金山村內(nèi)，總面積為61.67 hm2，灌溉面積為34.67 hm2，種植作物類(lèi)型為柑橘，水源通過(guò)元山村西河取水泵房抽水至該村北面山頂水池內(nèi)，再通過(guò)管道自壓進(jìn)入項(xiàng)目區(qū)。柑橘種植模式為5.0 m×3.0 m，原灌溉方式為溝灌，水利用系數(shù)不高。雖然本項(xiàng)目區(qū)年總降雨量十分豐富，但降雨時(shí)空分布不均衡，常年出現(xiàn)冬旱夏澇，非常不利于柑橘的生長(zhǎng)和發(fā)育。為提高本地區(qū)柑橘產(chǎn)量和品質(zhì)，擬采用管上式補(bǔ)償式滴灌系統(tǒng)作為本項(xiàng)目的柑橘作物的灌溉方式，此種方式能最大程度地解決項(xiàng)目區(qū)水利設(shè)施的配套和高效灌溉用水問(wèn)題。

1 柑橘灌溉方式確定

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)在灌溉方式為溝灌，灌溉水量大，灌水周期較長(zhǎng)，這種粗放的灌溉方式不利于柑橘的正常生長(zhǎng)。噴灌是高效節(jié)水灌溉中用水量最大的一種灌溉方式，但用水量較溝灌減少20%～30%，且更接近于自然降雨，但考慮到項(xiàng)目區(qū)引水管線較長(zhǎng)，沿線用水經(jīng)常出現(xiàn)搶水現(xiàn)象，只宜選擇用水量較少的微灌方式。根據(jù)四川的氣候及柑橘作物生長(zhǎng)特性，選擇滴灌是柑橘灌溉最為適合的方式之一。

2 柑橘灌溉需水量確定

項(xiàng)目區(qū)位于東經(jīng)105.8°，北緯31.4°，地面高程為386 m，7月多年平均氣溫25.0℃，多年平均降雨量990.9 mm，多年平均蒸發(fā)量1 260.3 mm，2.0 m高處多年平均風(fēng)速為1.3 m/s，平均日照時(shí)數(shù)1 353 h。

2.1 依據(jù)《微灌工程技術(shù)指南》，計(jì)算參照作物騰發(fā)量

1）確定水汽壓差（ea-ed)。相對(duì)濕度Rh=55%,查表3-1得ea=31.7 mb，平均水汽壓為ed=Rh×ea=0.55×31.7=17.44 mb，水汽壓差為（ea-ed)=31.7-17.44=14.26 mb。

2）確定風(fēng)函數(shù)f（U）值。己知2.0m高處多年平均風(fēng)速為1.3 m/s，查表3-2得風(fēng)函數(shù)f（U）=0.28。

3）確定加權(quán)系數(shù)W，己知T=25.0℃，高程為386 m，查表3-4得W=0.75，（1-W)=0.25。

4）求凈輻射Rn。查表3-5和表3-6得Ra=16.8mm/d，N=13.9h/d，實(shí)測(cè)日照n=1 353/135=10.02 h/d。

則 n/N=10.02/13.9=0.72，則：

查表3-8至3-10得f（T） =16.2，f（ed） =0.15，f（n/N）=0.72，由式（3-10）得：

取α=0.25，得：

5）確定修正系數(shù)C。己知U=112.3 km/d，Ud=1.3 m/s，Rhmax=90%，Rs=10.25 mm/d。查表3-11得C=1.05。

6）計(jì)算參照作物騰發(fā)量E0。

2.2 計(jì)算柑桔的作物需水量

已知7月份項(xiàng)目地平均濕度為Rh=55%，風(fēng)速Ud=1.3 m/s，氣候特征為干燥大風(fēng)等級(jí)，查表3-16得Kc=0.7，則需水量：

2.3 計(jì)算微灌耗水強(qiáng)度

己知成年柑橘樹(shù)株行距為5.0 m×3.0 m，覆蓋率Gc=3.14×1.42/(3×5)=0.41，按《微灌工程技術(shù)指南》（3-12）公式計(jì)算覆蓋率修正系數(shù)：

由《微灌工程技術(shù)指南》（3-11）公式計(jì)算柑橘耗水強(qiáng)度：

3 灌溉制度設(shè)計(jì)

3.1 輪灌制度

1）土壤濕潤(rùn)比。依據(jù)單行直線毛管布置（帶狀濕潤(rùn)）公式計(jì)算土壤濕潤(rùn)：

式中：p為土壤濕潤(rùn)比，32%；n為一棵果樹(shù)下布置的滴頭數(shù)量，4個(gè)；Se為滴頭間距，0.75 m；Sw為濕潤(rùn)帶寬度1.6 m；St為樹(shù)果樹(shù)株距，5.0 m；Sr為果樹(shù)行距，3.0 m。

2）最大凈灌水定額：

mmax=0.001γzp(θmax-θmin)

式中：m max為最大凈灌水定額，mm；γ為計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤干容重， 1.32 g/cm3；z為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)土層深度，50 cm；p為設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比，32%；θmax取20.7%；θmin取14.95%。

經(jīng)計(jì)算，mmax=12.14 mm，折合121.44 m3/hm2。

3）最大灌水周期為：

式中：T為設(shè)計(jì)灌水周期，6 d；Tmax為最大灌水周期，6.32 d；Ia為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度，1.92 mm/d。

4）設(shè)計(jì)灌水定額：

式中：md為設(shè)計(jì)凈灌水定額，mm；m毛為設(shè)計(jì)毛灌水定額，mm；η為灌溉水利用系數(shù)0.90。

5）一次灌水延續(xù)時(shí)間t。

式中：t為一次灌水延續(xù)時(shí)間，12 h；Se為灌水器間距，取0.75 m；Sl為毛管間距，取5.0 m；qd為設(shè)計(jì)的灌水器流量，取4.0 L/h。

6）輪灌組數(shù)。輪灌組數(shù)按下式計(jì)算：

式中：N為輪灌組數(shù)；T為灌水周期；t為灌水時(shí)間；C為每天運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

3.2 灌溉管道選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)丘陵山地的地形特征，項(xiàng)目區(qū)主管及支管全部采用PE管，埋地主支管連接方式為熱熔焊接，地面以上的PE管采用滴灌專(zhuān)用快速管件連接?？紤]到同一灌水小區(qū)中高程差達(dá)20.0 m的實(shí)際情況，非補(bǔ)償?shù)牡喂喙嗨鳠o(wú)法滿足需求，擬選用管上式壓力補(bǔ)償式滴頭則比較適合，滴灌管采用外徑為16 mm，耐壓等級(jí)為0.4 MPa。滴頭平均布置間距為0.75 m，滴灌管布置間距為5.0 m，單一管上式補(bǔ)償?shù)晤^為4 L/h。

4 管網(wǎng)水力計(jì)算

4.1 管徑選擇采用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行分析計(jì)算：

式中：D為管道直徑，mm；Q為計(jì)算管段的設(shè)計(jì)流量，m3/h。

經(jīng)計(jì)算：管網(wǎng)主干管徑分別為Φ90、Φ110、Φ160；支管管徑為Φ63、Φ40。毛管管徑為Φ16×1 mm滴灌毛管。

4.2主管道單出口沿程水頭損失利用下式計(jì)算，支毛管多口出流管道利用多口系數(shù)法進(jìn)行水力計(jì)算，管道沿程水頭損失計(jì)算如下：

式中：hf為沿程水頭損失，m；L為管長(zhǎng)，m；f為沿程摩阻系數(shù)，f=0.948×105；Q為流量 ，m3/h；d為管內(nèi)徑（mm）；m為流量系數(shù)，取1.75；b為管徑指數(shù)，取4.75；

按最不利灌水小區(qū)法計(jì)算灌溉系統(tǒng)最低供水壓力，經(jīng)計(jì)算管道總水損為21.9 m，加上首部過(guò)濾7.0 m，滴頭最低工作壓力10.0 m，灌溉系統(tǒng)最低供水壓力為38.9m。

水源出水口高程為380.0 m，最不利出水口滴頭高程為382.0 m，高程差2.0 m。首部水源水壓力為43.4 m，最不利滴頭實(shí)際工作壓為43.4-2-38.9+10.0=12.5 m。因滴頭實(shí)際工作壓力（12.5 m）＞滴頭最低工作壓力（10.0 m），則本系統(tǒng)靠水源的自壓力完全能滿足滴灌正常工作壓力要求，首部除過(guò)濾系統(tǒng)外不需要再設(shè)置水泵加壓系統(tǒng)。

5 管網(wǎng)系統(tǒng)布置

5.1 滴灌毛管

滴頭及毛管的工作壓力為0.1～0.3 MPa，經(jīng)計(jì)算，Φ16×1mm滴灌毛管在0.1 MPa的工作壓力時(shí)水平最大鋪設(shè)長(zhǎng)度不大于73.5 m，在0.3 MPa的工作壓力時(shí)最大鋪設(shè)長(zhǎng)度不大于109.5 m，考慮到現(xiàn)場(chǎng)地形因素影響，Φ16×1mm滴灌毛管沿等高線鋪設(shè)時(shí)宜控制在80.0 m以?xún)?nèi)，垂直于等高線鋪設(shè)時(shí)高程差應(yīng)控制在20.0 m以?xún)?nèi)。

5.2 埋地主支管

與Φ16×1 mm滴灌毛管相連接的支管為Φ40PE管，額定工作壓力為1.0 MPa，采用滴灌專(zhuān)用旁通連接。Φ40PE管最大水平鋪設(shè)長(zhǎng)度不宜超過(guò)80.0m，其設(shè)計(jì)流量不應(yīng)大于8m3/h；Φ63PE支管設(shè)計(jì)流量不應(yīng)大于18 m3/h；Φ90PE管設(shè)計(jì)流量不大于35 m3/h；Φ110PE管設(shè)計(jì)流量不大于50 m3/h，Φ160PE管設(shè)計(jì)流量不大于110 m3/h。灌水小區(qū)若為長(zhǎng)條地形，管道布設(shè)時(shí)若出現(xiàn)接近或超過(guò)最大允許鋪設(shè)長(zhǎng)度的情況時(shí)，則管道內(nèi)的設(shè)計(jì)流量應(yīng)做相應(yīng)減少，以滿足同一小區(qū)內(nèi)最大和最小的流量偏差率控制在10%以?xún)?nèi)。

5.3 管件安裝

受丘陵地區(qū)地形高差的影響，不同高程灌溉區(qū)域供水壓力相差較大，為減小因壓差過(guò)大對(duì)管道和灌水器造成破壞，在垂直于等高線Φ90以上的管道，壓力差達(dá)到50.0 m以上時(shí)應(yīng)設(shè)置減壓閥門(mén)，Φ90及以下的管道設(shè)置壓力調(diào)節(jié)器。

5.4 其它事項(xiàng)

無(wú)論任何情況之下，輪灌組最大分組數(shù)不能超過(guò)11組。為確保每個(gè)灌水小區(qū)的輸入壓力不超過(guò)管道的額定工作壓力，管道入口建議安裝持壓閥，以防止因末端出水閥突然關(guān)閉造成管道壓力升高而出現(xiàn)管道爆裂；管溝開(kāi)挖深度為0.7 m，寬為0.4 m。首部設(shè)置施肥罐，120目疊片式過(guò)濾器，壓力表，遠(yuǎn)傳流量計(jì)等，管道最高點(diǎn)應(yīng)安裝進(jìn)排氣閥，管道最底點(diǎn)安裝排污閥。

6 結(jié)束語(yǔ)

近幾年高效節(jié)水灌溉技術(shù)在高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中逐漸得到推廣與應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。滴灌技術(shù)應(yīng)用于柑橘灌溉具有節(jié)水增產(chǎn)的效果，水利用系數(shù)可達(dá)90%以上，搭配水肥一體化設(shè)備，可提高肥效1倍以上。本文用工程實(shí)際案例，對(duì)滴灌技術(shù)在柑橘種植的應(yīng)用做了詳細(xì)計(jì)算與設(shè)計(jì)，對(duì)高效節(jié)水灌溉應(yīng)用于柑橘種植具有一定的參考意義。