基于海南省东方市冬季瓜菜基地菜田改造的节水灌溉管道设计分析

摘 要：“菜篮子”工程的建立扭转了我国蔬菜瓜果等供应效率的问题，由于海南省位于我国最南端，属于岛屿形式，其蔬菜及瓜果的种植范围相对较小，严重影响了人们对于蔬菜瓜果等的需求，因此需要在节水灌溉管道设计上下文章，保证整个海南省能够满足人们对于蔬菜瓜果的需求。但按照菜田的标准，其现状的灌溉系统还需进一步完善。因此本文以节水灌溉管道设计为主要研究对象，对基于瓜菜田地内的节水灌溉形式及相应管道设计进行有效分析。

关键词：节水灌溉；管道设计；菜田改造

在菜田改造项目中，最为重要的就是管道的有效设计进而实现整个菜田改造工程的持续有效性发展。本文以三家镇节水灌溉管道设计为研究对象，项目区可利用的地表水灌溉水源为天惠水库及戈枕干渠。灌溉方式为微喷灌。但项目区现状没有规范的灌溉制度，取水泵站杂乱分散，管网布局不合理。因此，需要对其节水灌溉系统进行有效设计。

一、项目简介

项目现场自然条件概况。项目区土地面积6580亩。整个项目区地形为坡地。拥有低海拔丘陵、小平原、热带雨林，阳光充足，土壤平整肥沃，渠水环绕，是发展热带高效农业、冬季瓜菜、热带水果的极佳用地。

二、灌溉系统工程总体布置及水力计算分析

1.工程总体布置。水源布局：本项目共分10分分区，每个分区配套一座蓄水池；2座抽水泵站及配套电力设施。1#泵站位于项目区西北侧，灌溉水源为戈枕干渠，控灌A、B、C、D共4个分区，控灌总面积2281.81亩；2#泵站位于项目区北侧灌溉水源为天惠水库，控灌E、F、G、H、I、J共6个分区，控灌总面积3310.25亩。

2.微喷灌技术参数。项目区内种植热带瓜菜作物，根据作物类型特点及农户实际生产的需要，考虑经济性要求并结合资金情况，作物灌溉采用微喷灌灌溉方式。灌水器为微喷带，外径为32mm，设计工作水头为5m；每米流量30 m3/h。

本设计土壤容重1.45g/cm3，土壤计划湿润层深度30cm，设计湿润比40%，适宜土壤含水率上限22%，适宜土壤含水率下限13%，作物日耗水强度4.5mm/d，灌溉水利用系数0.9，日灌溉运行时间14h。根据《微灌工程技术规范》，可算得灌水周期为3天，设计灌水定额15.0mm，一次灌水延续时间0.99h，最大轮灌组42组。

3.喷水带最大长度确定。为了保证同一喷水带上各喷头实际喷水量的相对偏差不超过10%，同一喷水带上任意两组喷水孔之间的工作压力差应在设计工作压力20%以内，因喷水带基本沿等高线布设，沿程高程取零，故需控制喷水带沿程水头损失在设计工作压力20%内。喷水带为多孔出流，喷水带沿程水头损失按多孔系数法计算。

沿程水头损失：hf=fLQm/Db

式中：hf——沿程水头损失，m；L——管长，m；Q——流量，L/h；m——流量指数；f——管道摩阻系数；d——管道内径，mm；b——管径指数。

多孔流出管水头损失计算：Hf=F hf，多孔系数F与出流孔数目、孔口位置及流量指数有关，一般计算公式为：

，

式中m——所采用的沿程水头损失计算公式中的流量指数； N——管上出水口总数；x——第一个出水口到管道进口距离l1与出水口间距l的比值，即；F1——x=1时的多孔系数。

喷水带f=0.505、m=1.75、b=4.75。经试算喷水带上水头损失与喷水带长度的对应关系见下表：

由计算表格可知，一条喷水带长度不得超过75m。喷水带首尾的高程差没有计算考虑进去，而地形起伏变化较大，难以控制一根喷水带在同一水平高度，所以本设计布置时，取一条喷水带长度不大于60m。

4.支管管径的选择。支管、分干管及干管选择UPVC给水管，管径主要是从经济角度加以选择，即在满足下一级管道流量和压力的前提下按费用最少的原则选择。本项目的经济流速参考下表取。

支管沿程水头损失按多孔系数法计算，局部水头损失按沿程水头损失的0.15计：hw=hf+hj= hf +0.15 hf =1.15 hf。对于UPVC给水管f=0.464、m=1.77、b=4.77。支管的管径选择及其水头损失计算方法如下表示例。

5.轮灌组设计。本设计干管、分干管为续灌，支管为轮灌。为了使每个轮灌组灌水时出水量基本相等，压力比较均匀，缩小管径，降低工程投资，根据实际支管情况划分轮灌组。

6.分干管、干管管径计算选择及水头损失计算。分干管段及干管的设计最大流量为分干管段或干管段上支管按照轮灌组编制运行时，流经该分干管段或干管段的最大流量。分干管、干管的管径选择及其水头损失计算方法如下表示例（因本项目为自流灌溉，为保证离蓄水池远处喷水带有足够工作压力，本设计分干管管径及干管管径偏大以减小水头损失）。

7.水泵参数计算及选型。（1）水泵流量及蓄水池容积确定。因蓄水池只是起到调节作用，并考虑施工方便，项目区的蓄水池容积均取为200m3的矩形蓄水池。

假定某区提水泵流量Q0，則此时该分区所需调节水量应不大于蓄水池容量：

式中V——某区在提水泵流量为Q0时所需的调节水量，m3；

Qi——该区第i个轮灌组的田间灌溉流量，m3/h；

Q0——某区假定提水泵流量，m3/h；

t——每个轮灌组的灌溉延续时间，本设计中为0.99h。

以A区为例，假定A区提水泵流量QA=1160m3/h，则。故A区的提水泵流量选为116 m3/h。

（2）泵站上水管水力计算及水泵扬程计算。水泵扬程：H=Zd-Zs+hw+∑hj

式中：H——水泵设计扬程 （m） ；

Zd——蓄水池的水面高程（m）；

Zs——水源水面高程（m）；

hw——由水泵出水管至蓄水池之间管道的总水头损失（m）；

∑hj——底阀、止回阀等管件水头损失，取5.0m。

参考文献：

[1] GB/T50485-2009微灌工程设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2009.

[2] 迟道才.节水灌溉理论与技术[M]. 北京：中国水利水电出版社， 2009.

[3] 郭元裕. 农田水利学（第三版）[M]. 北京：中国水利水电出版社，1999.

[4] 陈玉民等. 中国主要作物需水量与灌溉[M]. 北京：水利电力出版社，1995.

作者简介：王和俊（1990-8- ），男，籍贯：海南海口，学历：本科，毕业于武汉大学，现有职称：初级工程师，研究方向：水工建筑物。