朝阳县节水滴灌工程典型地块选择与计算分析

邵 帅

（朝阳市供排水管理处，辽宁朝阳122000）



朝阳县节水滴灌工程典型地块选择与计算分析

邵 帅

（朝阳市供排水管理处，辽宁朝阳122000）

摘要：根据朝阳县节水增粮工程项目方案比选，针对60个片区进行滴灌方式的建设，选取了朝阳县大庙镇大庙村典型片区，通过对典型地块的工程设计和计算分析可以看出工程建设在选址、布局、设计上具有可操作性，工程建设切实可行。

关键词：节水；增粮；滴灌；设计；计算

1 典型片区的选择

2012～2015年，朝阳县节水增粮行动工程发展玉米膜下滴灌工程22.65万亩，其中新增灌溉面积5万亩，改善灌溉面积17.65万亩。工程主要分布在大、小凌河流域一、二级阶地上，涉及到28个乡镇117个村60个片区［1］。

这次选择典型片区地块为朝阳县大庙镇大庙村，其中耕地6511亩，该村976户，总人口2742人，2012村粮食总产量521.4万kg，人均收入4520元，交通便利［2］。区域内土层深厚，土壤以砂性土为主，土壤容重为1.45g/cm3，田间持水率为26%。地下水埋深8～10m，含水层厚20～35m，含水层岩性为中粗砂砂砾层，典型地块井深65m，单井出水量50～80m3/h。水质良好，为重碳酸钙钠型，矿化度小于0.5g/L，适宜灌溉［3］。

2 灌溉方式选择与管网布设

2.1 灌溉方式选择

根据项目区水源、地形、当地实际运行方式，灌溉方式选择滴灌系统。典型设计地块面积200亩，根据水源地质条件，在项目区内改造水源井一眼（1号井），在土壤设计湿润比p=85%时，出水量为50m3/h，改建井房1座，其内布置过滤器、水泵、开关启动柜、逆止阀、施肥罐等首部工程［4］。

2.2 管网总体布置

项目区典型地块东西长约525m，南北宽约252m。规划区内计划布置小块滴灌区24个。区内种植作物为玉米，采用地膜覆盖栽培。从水源井向地块内铺设一条干管Φ110（0.63MPaPVC管材）长度575m，布置8条 Φ90（0.63MPaPVC管）支管840m，辅管Φ75（0.4MPa PE管）1008m，布置形式为“丰”字形，支管垂直于作物种植垄向，滴灌带平行作物垄向，双向布置，滴灌带间距为1.2m，滴灌带上的滴头间距为0.3m，滴灌流量1.38L/h，滴灌带采用内镶贴片式。

3 设计与计算分析

3.1 参数的确定

按照典型地块的规划布置方式进行设计，根据朝阳县实际，确定设计参数，见表1。

表1 玉米膜下滴灌工程设计参数表

3.2 水源条件分析

在p=85%时，单井出水量50m3/h，井深24m，经水质化验部门检测，该井水质符合微灌工程水源标准［5］。单井控制灌溉面积计算公式如下：

式中：A为灌溉面积，hm2；QS为水源可供流量，50m3/h；td为每天开机时间，取20h/d；

为灌溉水利用系数，取0.95；Ia为计供水强度，mm/d；因无淋洗要求，取Ia=Ea=6mm/d；

计算得出，A=15.83hm2=237.5亩。

3.3 灌溉制度的拟定

3.3.1 最大净灌水定额

式中：mmax为最大净灌水定额，mm；R为土壤容重，1.45g/cm3；Z为土壤计划湿润层深度，40cm；P为设计土壤湿润比，60%；θmax、θmin为适宜土壤含水率的上下限。

计算得出，mmax=18.1mm=12.07m3/亩。

3.3.2 灌水周期

项目区在5月上旬为需水高峰期，需水强度Ed=6mm/d，灌水周期可按下式计算：

式中：Tmax为最大灌水周期，d；mmax为最大净灌水定额18.1mm；Ia为设计供水强度6mm/d。

计算得出，Tmax=3.02d。因T≤Tmax，故取设计灌水周期T=3d。

根据以上数值计算出设计净灌水定额md=T× Ia=18mm；设计毛灌水定额m′=md/η=18.95mm。

3.3.3 一次灌水延续时间

式中：m′为设计毛灌水定额，mm；t为一次灌水延续时间，h；Se为灌水器间距，m；SL毛管间距，m；η为灌溉水利用系数；qd为灌水器流量，1.38L/h。

计算得出，t=4.94h。

3.3.4 轮灌制度

计算得出，N≤13.3，取整数后N≤13。

系统轮灌制度及运行方案：本工程设计划分12个轮灌组，系统每天运行20h，每次运行1个轮灌组（2个典型地块），一次灌水延续时间约为5h，一个轮灌组灌水结束后，先开启下一个轮灌组，再关闭上一个轮灌组，严禁先关后开，每个轮灌组的面积平均为16.66亩。

3.4 输水管网设计与计算

3.4.1 毛管流量计算

根据典型区内布置的毛管及滴头数量（毛管按单侧75m计算），滴灌带上的滴头间距为0.3m，可以计算出典型区设计流量：

式中：qd为灌水器流量，qd=1.38L/h；n为毛管滴头的个数，n=L/se=75/0.3=250个；

计算得出，Q毛=345L/h=0.345m3/h

3.4.2 辅管流量计算

根据典型区内布置的辅管及滴头数量（辅管按两侧150m计算），每条毛管的间距1.2m，毛管长度为42m，即一条毛管有20条辅管（双向供水）同时工作，由此可以计算出典型区设计流量，辅管流量是辅管上各毛管流量的总和。

式中：n辅为辅管滴头的个数，辅管按双侧计算n= L/se=150/0.3=500个；L为辅管长度，m；qd为灌水器流量，qd=1.38L/h。

计算得出，Q辅=500×（42÷1.2）×1.38= 24150L/h=24.15m3/h

3.4.3 支管流量计算

Q支=Q辅=24150L/h=24.15m3/h

3.4.4 干管流量计算

因为每个典型区内由一条支管控制，灌溉时有2条支管工作，所以，Q干=2Q支=48300L/h= 48.3m3/h。

3.4.5 毛管水利计算

（1）灌水单元内设计水头偏差。

按规范要求，微灌系统灌水小区灌水器设计允许流量偏差率qv≤20%，本次设计取qv=20%，则灌水器工作水头偏差率与流量偏差率按下式计算：

式中：x为灌水器流态指数，厂家提供数据0.45。

计算得出，hv=0.46。

在灌水小区内灌水器设计允许的水头差在支、毛管间按50%分配。滴头设计工作压力为10m，则允许工作水头偏差为：△h=10×0.46=4.6m，△h毛=0.5△h=2.3m，△h支=0.5△h=2.3m。

（2）灌水器水头差校核。

根据公式hv=（hmax-hmin）÷hd×100，在灌水小区内灌水器设计允许的水头差在辅、毛管间按50%分配。由此hv=0.5×（99.53-99.22）÷10×100=1.55＜2.3m，故上述水利计算符合要求。

3.4.6 管材管径选择

（1）毛管管径的选择。

根据产品选择，毛管采用内镶贴片式滴灌带，型号为φ16×0.18×300—1.38L/h，最大工作压力0.2MPa，设计工作压力0.1MPa。

（2）辅管管径的选择。

式中：D为管道直径，mm；Q为管道流量，m3/h；ν为经济流速，m/s，取1.5。

计算得出，D辅=75.47mm

（3）支管和干管管径的选择。

一般情况下，支管管径可根据管道经济流速来确定。由公式（9）计算得出，D支=75.47mm，D干=106.74mm

根据上述计算结果和实际情况，干管选择PVCΦ110塑料管材，支管选择PVCΦ90塑料管材，辅管采用Φ75PE管材。

3.4.7 管网水头损失计算

（1）干支管路水头损失计算。

式中；hf为沿程水头损失，m；f为摩阻系数，取0.464；L为管道长度，m；Qg为管道流量，L/h；m为流量指数，取1.77；b为管径指数，取4.77；D为管径，mm。

局部水头损失计算按沿程水头损失的10%计算。则干、支管水利计算成果见表2。

表2 干管与支管水利计算成果表

（2）毛管、辅管水头损失计算。

式中：hf为多孔管沿程水头损失，m；f为摩阻系数，取0.505；S为空口间距，m；So为多孔管进口至首孔的间距，0.15m；Sv为分流孔间距，0.3m；N为分流孔总数；qd为单孔设计流量，L/h；则辅管、毛管水利计算成果见表3。

表3 辅管与毛管水利计算成果表

3.4.8 水泵的选型

式中：H为设计水头；ZP为高程580.1m；Zb为水源的设计水位高程540.1m；ho为进口设计水头，该设计中取10m；为管道沿程水头损失，计算结果为13.3+8.68（泵管沿程损失）=21.98m；为局部水头损失，计算结果为1.33+8（首部局部损失）=9.33m；

计算得出，H=81.31m。

查水泵手册，选择200QSX50-95型潜水泵。

3.4.9 过滤器选型

经检测，该井水质无机物含量为7mg/L，粒径为60μm，选用离心+网式L W-60过滤器。

3.4.10 施肥罐选型

根据设计流量、化肥和化学药物性质及经济作物的灌溉要求，选用容积为100L的施肥罐。

3.4.11 压力表与逆止阀选型

压力表、逆止阀设计压力应选用管网计算压力的1.5倍，为1.0MPa。

3.4.12 水源工程

（1）水源井。水源井为为井径D2000沉圈井，设计井深24m。沉圈混凝土标号为C15，厚度为12cm，内径2000mm，高度为500mm，内部配置¢8钢筋；出水满足水泵流量50m3/h要求［6］。

（2）井房。修建井房1座，井房尺寸：4m（长）×3m（宽）×3m（高），面积12m2，墙宽 24cm，房顶采用现浇钢筋混凝土浇筑。

（3）泄水井。泄水井采用干砌石形式砌筑。泄水井内径1.4m，外径2.0m，深1.9m，泄水井内铺设0.4m砂石垫层用以缓冲水流的冲击，泄水井上部采用0.2m厚现浇混凝土圈，并加置一个直径1.5m，厚0.1m的井盖［7］。

4 结语

2012～2015年朝阳县节水增粮行动工程发展玉米膜下滴灌工程22.65万亩，针对60个片区进行滴灌方式的建设，通过对朝阳县大庙镇大庙村玉米膜下滴灌工程典型地块的设计与计算分析可以看出工程建设在选址、布局、设计上合理，工程建设切实可行。

参考文献

［1］毕重薪.大石桥市节水增粮项目可持续性分析［J］.水利规划与设计，2015（01）：39-40+82.

［2］王瑶.南票区节水增粮工程区域水文地质条件分析［J］.水利规划与设计，2014（09）：37-38+54.

［3］张晓翠.金州新区高效节水灌溉工程研究［J］.水利规划与设计，2015（01）：34-36.

［4］高原.改善农业生产条件推广节水灌溉技术——建昌县节水增粮工程探讨［J］.水利规划与设计，2015（01）：19-20+51.

［5］张艳丽.节水增粮工程效益分析与环境影响评价［J］.水利规划与设计，2014（10）：10-11+58.

［6］丛梅梅.盖州市节水增粮项目水资源配置工程可持续利用分析［J］.水利规划与设计，2014（10）：18-20.

［7］项伟.海城市2013年节水增粮工程分析［J］.水利技术监督，2015（01）：46-48.

中图分类号：S275.6

文献标识码：B

文章编号：1008-1305（2016）02-0089-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-1305.2016.02.036

收稿日期：2015-07-11

作者简介：邵 帅（1986年—），男，工程师。