樱桃园、蔬菜地水肥一体化设计方案分析

杨林林 眭晓龙 杨胜敏 韩敏琦 张海文 刘爱军

（北京农业职业学院，北京 102442）

1 工程概况

本工程所在地为北京市通州区永乐店镇，项目区主要种植樱桃树，另有部分种植季节性蔬菜。项目区东西长134m，南北宽100m，总面积约1.33hm2，项目区地势平坦。樱桃种植间距为3.5m×3.3m。灌溉水源取自地块西南角的水井，流量为50m3/h。水源水质和流量均满足灌溉要求。水井处的首部位置处已建有设备房，拟建设的灌溉和施肥系统可放于设备房内。

根据作物需水特点及不同灌溉系统的适用性，结合农户需求，樱桃树灌溉方式拟采用滴灌，每行樱桃树对称布置2根滴灌管，滴灌管铺设长度＜100m，单滴头流量为1.6L/h；蔬菜灌溉方式拟采用插杆式微喷灌，微喷头布置间距为3m×3m，微喷头设计流量为40L/h。

2 总体布局

项目区共布置1套灌溉系统，系统由水源、首部过滤系统、主管、分干管、支管、灌水器、控制阀门、进排气阀、泄水设备等部分组成。根据项目区分区，进行田间管网布置，所有滴灌管均沿樱桃种植方向布置，每行樱桃铺设2根滴灌管，支管与滴灌管垂直，主管、分干管均埋于地下，滴灌管明铺于地上。蔬菜采用地插微喷头，微喷头布置间距为3m×3m。

由于首部水源为地下水，为满足灌溉水质和樱桃养护标准，灌溉管网进口处需加装施肥和过滤装置，施肥装置采用比例施肥泵，过滤器目数不小于100目。

3 水量平衡分析

根据《微灌工程技术规范》标准，项目区作物灌水高峰期时的设计耗水量取5.5mm/d[1]。樱桃树平均种植行距3.5m，樱桃湿润深度1.0m，蔬菜湿润深度0.4m，每天设计工作时间10h，灌溉水利用系数取0.90。按照该条件计算，系统设计需水量为10.69m3/h，取15m3/h。项目地水源可满足水量平衡条件。

4 灌溉系统设计

4.1 最大净灌水定额

最大净灌水定额计算采用以下公式计算[2]：

式中：mmax——最大净灌水定额（mm）；r——土壤容重（g/cm3），本设计为1.40g/cm3；z——土壤计划湿润土层深度（cm），樱桃取100cm，蔬菜取40cm；p——设计土壤湿润比（%），樱桃湿润比30%，蔬菜湿润比70%；θmax——适宜土壤含水率上限，质量百分比，取田间持水量的95%；θmin——适宜土壤含水率下限，质量百分比，取田间持水量的65%；田间持水量取14.3%。

樱桃设计净灌水定额：mmax=18

蔬菜设计净灌水定额：mmax=16.8（mm）

设计毛灌水定额用樱桃和蔬菜的设计净灌水定额除以灌溉水利用系数，依据《微灌工程技术规范》标准，本设计灌溉水利用系数取0.90。则樱桃的设计毛灌水定额为20mm，蔬菜的设计毛灌水定额为18.7mm。

4.2 设计灌水周期

设计灌水周期采用以下公式计算[2]：

式中：Tmax——最大灌水周期（d）；Ia——设计耗水强度（mm/d）。

则最大灌水周期为：

樱桃：Tmax=18/5.5=3.27（d）

蔬菜：Tmax=16.8/5.5=3.05（d）

本设计中樱桃和蔬菜的灌水周期取T=3（d）。

4.3 设计灌水定额

设计灌水定额宜按下列公式确定[3]：

式中：m’——设计灌水定额（mm）；η——灌溉水利用系数，依据《微灌工程技术规范》标准，本设计灌溉水利用系数取0.90。

则樱桃和蔬菜的设计灌水定额为：

4.4 计算1次灌水延续时间

1次灌水延续时间应按下列公式确定[3]：

式中：t——1次灌水延续时间（h）；Se——灌水器间距（m）；Sl——毛管间距（m）；qd——滴头流量（L/h）。

经计算：

樱桃 1 次灌水时间：t=10（h）；

蔬菜 1 次灌水时间：t=4（h）。

5 管网设计

5.1 管径初选

项目区所有管道均采用PE100材质，管道压力等级为1.0MPa，根据规范要求，管道经济流速取1.5m/s，最大不超过2.0m/s。为降低工程建设成本，所有管路布置设计均采用“丰”字形或“工”字形布置。

5.2 管网损失计算

计算管网中发生的沿程水头损失和局部水头损失，其中局部水头损失取沿程水头损失的10%。

6 首部系统确定

根据以上公式推算出各级管网水头损失，选取最远处蔬菜微喷阀门为最不利位置进行计算，由此推算系统首部设计压力和流量。其中阀门损失取3m，高差损失取2m，首部过滤系统损失取7m。

根据以上计算结果确定水泵型号，水泵工作效率取0.9。

经计算，首部设计流量为12.22m3/h，取15m3/h；设计压力为 33.68m，取 35m。

1 中华人民共和国水利部.GB/T 50485-2009，微灌工程技术规范[S].北京：中国计划出版社，2009

2 杨胜敏，杨林林.节水灌溉技术与实训[M].北京：中国农业出版社，2011

3 杨胜敏，杨林林，郭宝东.节水灌溉工程技术[M].北京：中国农业出版社，2015