高标准农田建设滴灌工程设计探讨

陶 涛

（新疆昌吉方汇水电设计有限公司,新疆 昌吉 831100）

新疆位于我国干旱地区,水资源比较匮乏,农业用水成为了当地急需解决的问题。做好农田灌溉工程,能有效节约水资源。农业滴灌作为一种现代化高效节水的灌溉技术,在高标准农田建设中发挥着非常重要的作用。滴灌是一种新型的低压节水灌溉技术,利用专门设计的小口径管道配合内镶式滴头,将水和养分准确地供给农作物,高效地利用了水资源。特别是在水资源十分短缺的新疆,大力推广应用滴灌技术显得十分迫切。为此,本文以新疆沙湾县高标准农田建设项目中滴灌工程设计进行分析。

1 工程概况

新疆沙湾县高标准农田建设项目新建高标准农田25462亩,实施23 个滴灌系统。根据项目区的地形特点,将原有的条田进行集中连片,根据地形划分系统,能引用地表水的尽量引用地表水,新建沉砂池23 座。项目区主要种植作物为玉米和小麦,全部采用滴灌灌溉方式。

2 工程设计依据及原则

该滴灌工程设计的依据主要是相关的规范与规定,《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018）、《节水灌溉工程技术规范》（GB/T 50363-2006）、《微灌工程技术规范》（GB/T 50485-2009）等。

3 滴灌工程设计

滴灌系统是由首部枢纽,输配水管网,滴水器组成。首部枢纽包括、施肥罐、过滤器、控制与测量仪表等。滴灌工程的首部枢纽以一定的压力将一定数量的水送入干管,然后输配水管网将水均匀地输送到滴水器,最后水流经过滴水器微小的孔道,以点滴的方式滴入土壤中,进行农业灌溉。滴灌是当地最有效的一种节水灌溉方式,可以提高农业灌溉用水的利用率。

3.1 滴灌工程设计参数选择

根据项目区资料,多年平均降水量299.4 mm,蒸发量744.6 mm,日平均参照作物腾发量为6.0 mm/d；项目区土壤大部分为壤土,适合于各种农作物的种植。土壤田间持水量为24%,土壤容重为1.55 g/cm3；项目区地形坡度15‰～17‰,最大冻土深度为1.50 m。

项目区主要种植小麦和玉米。小麦株行距为15 cm×15 cm,滴灌带铺设采用一管五行,滴灌带间距为0.8 m。玉米株行距为30 cm×45 cm,滴灌模式为一膜一管两行,滴灌带间距为0.9 m。

根据节水灌溉的相关规范以及滴灌技术发展所积累的经验,该项目滴灌工程各项技术的参数确定见表1。

表1 滴灌工程设计参数的选用

3.2 滴灌工程管网布置

滴灌工程管网布置主要是将水源通过加压泵的方式使其顺利通过干管流入支管,然后直接进入滴灌管中[1]。根据沙湾县当地地形条件以及农作物种植方向,项目区布置管网时采用鱼骨形的方式,将干管深埋在地下,而支管留在地面。结合当地实际情况,项目区滴灌系统采用主干管和分干管两级干管。主干管、分干管埋于地下1.6 m,即覆土厚度为1.6 m。

3.3 轮灌控制面积

项目区共规划23 个滴灌系统,根据各系统的控制面积及种植作物面积计算所需供水流量,系统设计流量应尽量接近且不小于所需供水流量。项目区23个系统的控制灌溉面积A=48 hm2～137 hm2,系统所需水量Q=164 m3/h～468 m3/h。

4 滴灌工程管道设计

滴灌工程管道设计是重中之重,投资占比较大,合理的管材、管径选取,管道布置是决定滴灌工程设计成功与否的关键。

4.1 管材选择

以本次滴灌工程为例,地埋管材（干管和分干管）常用的是UPVC管和PE管,这两种管材相比较,从造价方面考虑,UPVC管材料费用较低,PE管材料费用相对较高；从施工难易程度方面考虑,PE管的施工较复杂且安装技术要求较高,安装现场必须有施工电源用于熔化接头,操作不当易引起漏水和接头爆管。UPVC管安装方便,安装现场不需要电源,很少出现漏水或接头爆裂情况。因此,本工程选用安全系数较高、施工技术难度低、造价较低的UPVC管道[2]。

地面支管常用管径为de90、de110 和de125 三种PE管,结合当地运行管理水平和水力计算综合比较,本工程支管选取de90 PE管。

灌水器的选择,常用的灌水器有单翼迷宫式滴灌带、压力补偿式滴灌带、内镶式滴灌带。单翼迷宫式滴灌带较适用于小麦、玉米等大田作物,对泥沙处理要求最低,但其工作压力及范围最窄、流量对压力最敏感、对水温的变化很敏感,需一年一换；压力补偿式滴灌带较适用于树木、经济林灌溉,其工作压力及范围最宽、流量对压力不敏感、对水温的变化不敏感,但对泥沙处理要求最高,使用年限可达5 年；内镶式滴灌带除制造精度满足国家行业规范外,其余均处于单翼迷宫式和压力补偿式之间[3]。如表2 所示,综合比较后,单翼迷宫式滴灌带更适合于项目区使用,且最能发挥其功能,本项目选择单翼迷宫式滴灌带。

表2 各类型滴灌带性能参数表

4.2 极限孔数与极限长度

极限孔数与极限长度主要表现在地面支管及灌水器（毛管）上。灌水器（毛管）极限孔数可通过降比r及压比G采用试算公式计算灌水器（毛管）顺、逆坡时的极限孔数,其极限长度可根据极限孔数和灌水器滴头间距计算得出。

支管极限孔数计算参照《微灌工程技术规范》采用如下公式计算：

式中：D为支管内径,mm；k为水头损失扩大系数,取1.1；q毛为毛管设计流量,取420 L/h；Se为毛管间距,0.8 m；Nm为支管极限孔数。

结合本工程项目计算结果Nm为157。

支管极限长度计算参照《微灌工程技术规范》采用如下公式计算：

式中：Nm为支管极限孔数,157；S0为支管进口至首孔的距离,0.2 m；Se为毛管间距,0.8 m。

结合本工程项目计算结果Lm为125 m。

4.3 水泵选型

在整个滴灌工程建设中,水泵的位置主要用于水源与首部枢纽之间,显而易见,水泵的主要作用就是将水源中水抽到首部枢纽中,给各大输水管提供水量；因此,水泵的选型需要结合水源的水量以及地区的用水情况综合考虑。河水滴灌工程水泵适宜选用离心泵,应优先选用国优与部优产品以及获得国家生产许可证的节能产品。

其次,水泵的流量与扬程应与滴灌系统设计流量和设计水头基本一致,使其保持在高效率区稳定工作；项目区所选用的水泵型号应尽可能一致,便于运行管理和零件配换维修；在选型时也要同时考虑项目区附近供电情况,避免电机功率过大,供电没有保障的情况发生。

5 结语

高标准农田建设是目前全疆乃至全国大力推行的惠民政策,通过田间滴管工程的建设,有效解决农田的干旱、灌水不均匀、施肥不到位、灌溉成本高等问题,从根本上缓解了水资源紧张的问题,随着地下水资源保护力度的不断加大,水资源的高效利用必将提高到一个新的高度,滴灌工程的实施定会发挥巨大作用。