普定县“沙湾”农业大观园滴灌工程设计

摘 要：针对普定县“沙湾”农业大观园现存的基础设施配套不完善，灌溉用水制度不合理等问题，根据葡萄生长特性设计采取先进的滴灌节水方案，为继续推进园区农业产业结构调整，保证农业增产、农民增收、促进当地社会经济发展提供重要的基础保障条件。

关键词：节水灌溉；滴灌；葡萄滴灌；水力计算

1 工程概况

普定县“沙湾”农业大观园位于贵州省普定县，园区平均海拔1200米，全年气候温和、冬无严寒、夏无酷暑。这样的气候为精品水果种植提供了得天独厚的自然条件。该园区主要种植红不软桃、紫王葡萄、无籽石榴等精品水果，示范区域6000亩，辐射带动区域30000亩，园区土地经过流转后，主要采取大户带动、农户参与、政府扶持的发展模式。园区核心区种植面积为1850亩，主要种植葡萄、石榴、杏树、桃树等经济作物。其中：滴灌灌区种植面积130.6亩，全部种植葡萄。葡萄种植行距为1m-2m-1m，株距为0.8m，种植方向大致垂直于园区内的主干道。园区内耕地起伏较大，没有统一的坡度，设计按面积最大的地块的坡度计算，葡萄种植区坡度为2.6%。园区土壤类型为壤粘土，土壤容重1.40g/cm3，土壤田间持水量取28%，土层厚度80～100cm。

2 滴灌灌区工程设计

2.1 设计灌溉制度确定

根据水源、灌区的地理位置，总体布局思路为：滴灌工程管网由干管、支管、辅管及滴灌管组成，滴灌管平行于葡萄种植方向布置，辅管垂直于滴灌管，干管沿已建的园区主干道布置。由于园区地势高差较大，平均高差大于3.0m，故设计采用16×400-3.0-50/400-A型压力补偿式滴灌管。

灌区滴灌设计参数为：设计保证率为85%；土壤湿润比取40%；滴灌的设计耗水强度取为4mm/d；灌溉水利用系数为0.9；系统工作时间为20h；灌水器设计允许流量偏差率为20%；最大净灌水定额mmax=12.54mm；灌水周期T=3d；毛灌水定额为13.33mm（8.89m3/亩），净灌水定额为12mm（8m3/亩）；一次灌水延续时间为2.75h。

葡萄灌水的时期一般在生长前期，要求水分供应充足，有利于生长与结果；生长后期要控制水分，保证及时停止生长，使葡萄进入休眠期，做好越冬准备。根据葡萄生育期各阶段的蓄水特性及气候、土壤特点、系统设计基本参数，结合滴灌灌溉经验，制定出葡萄灌溉制度，如表1所示。

在作物非需水高峰期，作物日耗水强度减小，需水量减小，具体灌水定额和灌溉次数视当时的气候条件、土壤墒情等参照表1而定。

2.2 灌水小区水力计算及系统工作制度

（1）灌水小区水力计算

根据管网布置，本系统灌水小区由毛管、辅管组成，水头偏差在毛管、辅管间分配，毛管分配率为0.6，辅管分配率为0.4。压力补偿式滴头只要压力在其允许的工作压力范围内，即可达到稳定出流的要求，但为计算极限毛管长度，设计按滴头工作压力范围（15-45m）的中间值取值进行计算，取灌水小区允许水头偏差为20m水头，则毛管允许水头偏差为12m，辅管允许水头偏差为8m。

毛管极限长度：系统中没有逆坡布置的毛管，故毛管极限长度按平坡、顺坡两种布置方式计算。计算得平坡条件下毛管极限长度为150.6m，顺坡条件下毛管极限长度为165.8m。根据实际地块的分布，设计取毛管孔数为250个，即毛管长度为100m，小于平坡、顺坡布置的极限长度，满足水头偏差要求。根据实际布置，部分地块不规则的地方最大毛管长度为135m，仍然小于毛管极限长度。

辅管垂直于毛管布置，且布置长度较短，所以辅管均按平坡计算。辅管极限长度计算公式及方法参照毛管。不同的是，辅管出水孔流量为一条毛管的设计流量，孔口间距为毛管布置间距。初步选用dn50（PE100级，1.60MPa）PE管，计算得，辅管单侧极限孔口数为21个。布置辅管的主要目的是控制滴灌管进行轮灌，根据实际地块分布，设计取辅管单侧孔口数为14个，小于辅管极限孔口数。即辅管一半长度为20m，一条辅管长度为40m。

（2）系统工作制度

滴灌系統地块并不规则，不能按照灌溉面积或者毛管长度进行均等的轮灌分组，需根据确定的毛管、辅管布置参数进行管网平面布置，再因地制宜进行轮灌分组，共分为10个轮灌组。

2.3 管网水力计算及管网敷设

（1）管网水力计算

毛管水力计算：毛管水力计算分别选取平坡和顺坡的典型毛管进行计算，取较大值为辅管出口压力控制结果。经计算，毛管进口所需最小水头为17.87m，也即辅管末端需为毛管提供不小于17.87m的工作压力水头。

辅管、支管、干管水力计算：为统一计算标准，支管、引水管均按《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T 20203-2006）进行计算[1]。经辅管、支管、干管的水头损失计算复核，所选的管材满足设计规范要求。

（2）管网敷设

滴灌系统中全部管道均采用地埋式敷设。干管、支管管顶覆土一般不宜小于0.8m。由于葡萄已经种植成型，考虑葡萄根系大、分布深，为了避免伤到根系，辅管、毛管最大埋深不超过0.15m，设计采用埋深为0.15m，管道周围应用细土回填；回填土的压实系数不应小于90%。在岩基上埋设管道，应铺设砂垫层；在承载力达不到设计要求的软地基上埋设管道，应进行基础处理。在管道横穿公路的管段需采用铸铁套管，便于检修；管道铺设过程中需在地形凸起和凹陷处设置排气阀和冲沙阀，有效减小管道的水击破坏和淤沙堵塞问题；每条干管、支管末尾均设置泄水阀。

2.4 首部系统设计

园区内的微润灌灌区、滴灌灌区共同使用一套首部系统。微润灌灌区需24h连续灌水，故不分轮灌组；滴灌灌区轮灌组为10个，灌溉周期为3d，一次灌水延续时间为2.75h。微润灌灌区最大灌溉流量为4.75m3/h；滴灌灌区10个轮灌组中，最大流量为54.59m3/h，所以首部设计过滤流量为59.34m3/h。微润灌对水头的要求比较低，一般不超过15m；滴灌系统所需设计水头为28.06m，加上首部过滤设施的水头损失（一般为7-10m），即为38.06m。但过滤器设计工作水头为40-60m，所以在首部系统过滤器入口处的水头不宜低于40m。输水主管进入首部系统的水头压力为42.44m，满足要求。

地下水一般采用旋流水砂分离器与筛网过滤器组合过滤，首部系统最大工作流量为59.34m3/h，本设计采用LW-80的“旋流水沙分离器+筛网（200目）过滤器”进行过滤，过滤器额定流量为80m3/h，过滤器工作水头40-60m。本系统面积为310.6亩，其中微润灌灌区面积为180亩，滴灌灌区面积为130.6亩，为减少注肥次数，选用SFG-150L的压差式施肥罐。

3 结束语

普定县“沙湾”农业大观园基础设施配套不完善，尤其是园区作物灌溉用水问题，严重制约园区可持续高效发展。为了确保园区现代农业的高效优质发展，根据葡萄生长特性，采取先进的滴灌节水灌溉设计方案，并结合土壤墒情监测、视频监测、远程控制等现代农业管理方式，以期将园区打造建设成一个集先进节水灌溉管理方式、生态绿色经济农作物种植的一片示范园区。

参考文献

[1]韦宝.浅析上三灌区河水滴灌工程设计[J].甘肃科技，2015，31（16）：124-125.

作者简介：张晓松（1989-），男，苗族，贵州省遵义市人，大学本科，助理工程师，主要从事水利水电工程设计工作。