浅谈滴灌系统的设计

□刘刚

卷盘式喷灌是旱田节水灌溉的一种模式，但这种灌溉方式在半山区难以推广。为提高水资源利用率，扩大灌溉面积，现简要介绍一下滴灌系统的设计。

一、设计基本资料

（一）典型区地形

滴灌系统典型地块大致呈长方形，面积210亩，东西长400m，南北宽350m，总地势为北高南低，东高西低，地面比降为东西10‰，南北5‰。

（二）土壤状况

土壤质地为轻黏土，容重1.4g/cm3，盐碱含量不大，区内未见盐碱斑，土层30～50cm。

（三）种植模式

种植作物为粘玉米，滴灌种植模式采用大垄双行种植，垄宽120～130cm，株距30cm。

（四）管网系统

水源—加压提水设备（水泵）—首部装置（含过滤器、施肥设施等）—干管—支管—辅管—毛管（滴管带）。

二、设计参数与灌溉制度

（一）设计参数

1.设计保证率：不低于85%；

2.灌溉水利用系数：0.90；

3.设计系统的日工作小时数：20h；

4.滴灌设计土壤湿润比（P）：55%；

5.设计耗水强度（Ea）：4.0mm/d；

6.土壤容重：1.4g/cm3。

本设计典型地块灌溉作物为大垄双玉米，作物种植间距为1.2m×0.3m，故滴灌带选用内径为16mm的单翼迷宫式滴灌带，以该产品的参数进行设计。设计布置为一根滴灌带灌两行玉米，滴灌带间距SL为1.2m，滴头间距Se为0.3m，滴头平均流量Qa为2.4L/h，滴头工作水头10m，流态指数X＝0.615。

（二）灌溉制度

1.设计灌水定额。根据资料计算如下：

此灌水定额为作物需水高峰值。

2.设计灌水周期。T=（m/Ea）×η=（34.2/4.0）×0.9=7.7（天）

取灌水周期为8天

3.一次灌水延续时间。t=m×Se×Sr/qd=31.1×0.3×1.2/2.4=4.7（小时）

4.轮灌组数目的确定。N≤CT/t=（8×20）/4.7=34

根据实际情况取N=32组。

5.轮灌组的划分及运行。根据滴灌系统的布置，为保证系统持续稳定的压力，分散水流，降低管道水头损失，将系统划分4个轮灌区。运行时，一次开一条分干，单侧支管同时打开，每条支管只打开一条辅管，同时打开的辅管为一个轮灌组，共32组，每日完成灌溉组数为4组。

（三）灌水均匀度

1.滴灌均匀系数。水利部行业标准《微灌工程技术规范》规定，灌水器设计允许流量偏差率qv应不大于20%，设计灌水均匀度不低于0.95。

2.灌水小区允许水头偏差。滴头工作水头偏差率hV：

式中：x—滴头流态指数。

3.灌水小区允许水头偏差按下式计算：

式中：[ΔH]—灌水小区允许水头偏差，m；

hd—设计滴头工作水头，m。

三、系统水力计算

按最不利的轮灌组计算水头损失。

（一）毛管设计

1.滴灌带的选型。根据有关设计资料，毛管选用单翼迷宫压边式Ф16×300-2.4。

2.毛管极限滴头个数的确定。根据该项目区地势特点，土地平整，按均匀地形坡毛管的极限孔数计算方法计算，公式如下：

经计算：逆坡Nm=117>设计滴头孔数N=116，满足要求；顺坡Nm=261>设计滴头孔数N=216，满足要求。

3.极限长度。Lm=Nm×Se=216×0.3=64.8m。取滴灌极限长度50m。

4.毛管的沿程水头损失：

经计算顺坡h毛=1.1m，逆坡h毛=0.44m，均小于[Δh2]，满足毛管水头偏差要求。

5.毛管的局部水头损失hj毛。按沿程水头损失的12%计算，hj毛=0.13m。

表1 毛管工作参数计算表

（二）辅管的沿程损失计算

满足灌水小区均匀度要求。

局部水头损失按沿程水头损失的12%计算，hj辆=0.17 m。

h付+h毛=1.56+1.23=2.79m＜3.3m

（三）支管的设计

配水支管管径及水头损失计算：

根据聚乙稀微灌管规格，支管拟选用PE63×4.7/0.4型。

根据项目区地势平坦特点，经计算支管沿程水头损失（计算至支管末端附管）为3.63m，局部水头损失为0.36m。

（四）干管的设计

各级干管设计流量根据机井流量及运行方案确定。

支管水头损失计算：流量确定后，根据经济流速或经济水力坡度预选管径，然后计算系统各部分水头损失，校核各管段承压力，最后确定干管实选管径。

干管管径计算：

根据聚氯乙稀微灌管规格，分干管拟选用管径为PVC80×4.7/0.4塑料管，总干管拟选用PVC160×4.7/0.6塑料管。干管水头损失按最不利组合计算，计算公式如下：

经计算干管总沿程水头损失11.7m，局部水头损失1.2 m。

四、系统首部设计

滴灌系统首部的设计包括水泵、水源过滤设备及施肥罐的选型。

（一）水源过滤设备选型

水源为井水，水质良好，适于农田灌溉。所含杂质主要为砂粒，首部选用一组独立单体过滤器即可，其型号选择应根据其过流量（系统的设计流量）确定。本系统设计流量为20～40m3/h，可选用过流能力大于等于该值的潜水泵。

（二）施肥罐选择

施肥罐的选型一般根据滴灌地的规划面积即系统流量选择，面积大的选用较大容积的，面积小的选用较小容积的。本系统规划面积为14公顷(210亩)，应选用施肥罐为50L。

（三）水泵与动力选型

1.扬程。H扬=过滤冲洗等水头损失和+井水动水位+∑hf+∑hj+ΔZ(高差)+安全富裕度

2.水泵根据滴灌系统设计流量选定。根据以上最不利情况下的水力计算，系统正常工作所需总扬程为78m，所需总流量为32m3/h，因此所选水泵型号为：200QJ32-78/6-13，其配套电机功率为13kW。