議膜下滴灌工程技術應用推廣

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1項目位置

國營勤鋒農場位于甘肅省河西走廊東端石羊河下游的民勤縣境內，場部位于民勤縣城西南10km處，民勤縣東與北接內蒙古阿拉善左旗和右旗，西靠金昌市，南臨武威市，東北被騰格里沙漠包圍，西北有巴丹吉林沙漠環繞，中部由石羊河沖積湖積成狹長而平坦的綠洲帶。國營勤鋒農場處騰格里和巴丹吉林兩大沙漠交匯地帶，東西北三面環沙，自古號稱“民勤西風口”，建場伊始，即為“沙海里拓荒”，目前所處區域已成為西北地區最大的沙塵暴策源地之一。東西寬5.50km，南北長8.30km，場區地勢平坦，由西南向東北傾斜，坡降約3‰，海拔在1368～1376m之間。屬石羊河下游湖積平原，位于民勤盆地西南邊緣。

2典型規劃設計方案

為了項目實施布局和投資估算的準確性，采用由點到面的典型法進行規劃設計。

2.1規劃設計原則

根據項目區自然條件、水資源分布狀況及現狀，綜合當地農業區劃和中長期發展規劃目標，因地制宜，堅持山、水、林、路、田綜合治理的原則，進行合理、經濟的規劃。

2.2工程規劃設計依據與標準

本工程規劃設計依據與標準是：

①當地自然資源情況、社會經濟狀況與發展規劃等方面的基本資料。

②《節水灌溉技術規范》SL207-98；

③《微灌工程技術規范》SL103-95；

④建設單位提供的有關資料和已建成工程的有關資料。

2.3選擇合理的滴灌技術形式

2.3.1鑒于項目區自然條件惡劣、風沙大、紫外線照射強烈，地面滴灌管線易老化，同時考慮為提高棉花品質以及便于病蟲害控制和方便看護管理等因素，根據對國內外微灌產品的研究、生產、應用情況的調查了解，確定采用專用于地埋滴灌工程的壁厚的滴灌管線。

2.3.2滴灌管線布置及敷設形式

滴灌管沿棉花行雙根布置，滴灌管間距0.40m；根據棉花根系發育規律及需水規律，為保證最佳的灌溉濕潤效果，滴灌管線敷設于地面以下40cm處。

所選用以上滴灌管線具有如下特點：

①滴灌管線所用的滴頭為內鑲式結構,頭在生產過程中直接“焊”于滴灌管的內側壁上,最大限度的防止機械損傷；

②滴頭流量：公稱流量3.50L/H（15m壓力時），流態指數a=0.39,流量系數b=0.45，流量-壓力關系式：Q=a×P×b=0.39×P×0.45。

③滴灌管線規格-壁厚0.31mm，管壁厚均勻，毛管外徑-16.50mm,內徑-15.70mm，工作壓力6.50～18m；

④滴頭結構：紊流流道，流道寬短，抗堵塞性能強，能有效防止滴頭堵塞；

⑤毛管材質——由低密度聚乙烯拉制而成。滴管材質的化學配方具有抗環境應力破壞的能力，同時含有抗老化添加劑，可防止管線老化，延長其使用壽命；

⑥為了防止滴頭在滴灌系統停止時滴灌管中產生真空倒吸，至使滴頭被土壤顆粒堵塞，在滴灌管出水口處設計了一個“舌片”。

⑦制造偏差系數不大于0.03.

2.4滴灌主要技術參數確定

根據水利部頒發的《節水灌溉技術規范》（SL207-98）和《微灌工程技術規范》（SL103-95）以及國內外滴灌技術發展積累多年的經驗，各技術參數定為如下各值：

①本工程設計保證率為P=85%；

②微灌水利用系數：η=0.95；

③根據當地水源和農業生產技術條件確定系統日工作小時數：20h；

④微灌土壤濕潤比：P=40%；

⑤設計灌水均勻度：Eu=90%～95%；

⑥設計濕潤深度：Z=0.80m；

⑦設計日耗水強度：Ea=6mm/d。

2.5確定棉花灌溉制度

按照上述的項目規劃指導思想，實施節水技術改造措施后，初步擬定棉花覆膜滴灌的灌溉制度為：

2.5.1設計灌水定額m

m=0.10γzp(θmax－θmin)/η

式中m-設計灌水定額，mm；

γ-土壤容重，=1.41g/cm3；

z-計劃土壤濕潤層深度，z=0.80m；

p-設計土壤濕潤比，p=40%。

θmax，θmin-適宜土壤含水率上下限（占干土重的百分比），最大田間持水量取為22%，適宜土壤含水率上下限百分比取為90%和75%，則θmax=19.80%，θmin=16.50%；

η-灌溉水的有效利用系數，取η=0.95。

由以上各參數，得到地塊的設計灌水定額:

m=0.10×1.52×0.80×40×(19.80－16.50)=16mm

2.5.2設計灌水周期T

T=m/E(0.10+f)

滴灌系統設計日耗水強度E=6mm/d，則：

T=m/E=16/6×(0.10+0.60)=3.80(d)取T=4d

2.5.3一次灌水延續時間

t=mSpSe/q

式中:Sp-滴頭間距m，Sp=0.40m；

Se-毛管間距m；Se=1.20m；

q-滴頭平均流量L/h，q=3.50L/h。

t=16×0.40×1.20/3.50=2.20h

2.5.4灌水次數和灌溉定額

參照棉花在生育期的灌水需要，確定灌水次數和灌水定額見表4-1《灌溉制度表》。

根據《微灌工程技術規范》SL103－95的基本規定，滴灌水利用系數為0.95。按照棉花150d的生長期計算，平均灌水周期確定為4天時，全生長期共需灌水9次；冬季灌水按100m3/667m2考慮時，在機井提水直供輸配水管網和采取覆膜保墑措施的技術配置條件下,灌溉定額為291m3/667m2。

2.6滴灌工程合理布局

2.6.1滴灌工程規劃布置原則

①根據水源情況，布置時應使管道長度最短且少穿越障礙物；

②滿足各用水單位需要，能迅速分配水流、管護方便；

③輸配水管道沿地勢較高位置布置，支管垂直于作物種植行布置，主管順應作物種植行布置；

④管道的縱剖面應力求平順。

2.6.2平面布置

①灌溉面積的確定：本項目區是井灌區，綜合考慮，灌溉系統單位可控面積由下式計算：

A=Ia=Ea-P0

式中A-灌溉面積hm2

Q-可供流量m3/h

Ia-設計供水強度mm/d

Ea-設計耗水強度mm/d

P0-有效降雨量mm/d

t-系統日工作小時數h/d

根據項目區需水高峰期的供水情況綜合分析供水水量為80m3/h左右。

根據本項目作物的特點，滴灌系統可控面積，代入相應的參數，計算A=25.33hm2，因此滴灌系統控制凈面積為25.33hm2。

根據項目區情況，選定長650m，寬390m的地塊進行布置。詳見典型平面布置圖。

②平面布置。在進行平面布置時應遵循其原則，根據具體情況進行水源、首部、管網的合理布局。首部樞紐布置：首部布置于水源附近，盡量減少主管長度。主要設備連接順序為：水泵、施肥罐、壓力表、過濾器、流量計和系統控制器。主、支管管網布置：主管道（φ160mm）沿地塊長度方向布置；支管（φ110mm）垂直于主管方向布置，在支管線兩側各設一排配水管（φ90mm），豎管采用φ63mm。φ160mm壁厚5mm，φ110mm壁厚3.50mm，φ90mm壁厚3mm，φ63mm壁厚2.50mm。各管道的工作壓力均采用0.60Mpa。水頭損失按多孔管計算。滴灌管（帶）布置：根據地塊劃分情況及具體地形變化而定，一般敷設長度范圍在67～100m；采用單行直線布置，即按作物種植平行布置。棉花種植模式40-80-40，膜下棉花行距為0.25m，滴灌管（帶）鋪設在地膜下棉行中，行距為0.40m，滴灌帶管徑0.02m，壁厚0.31mm，滴頭間距0.40m，工作壓力0.15Mpa，滴頭流量選用3.50L/h。水頭損失按多孔管計算。

2.7輪灌組劃分及系統水力計算

2.7.1輪灌組劃分

設計中采用輪灌工作制度。根據水源供水能力、滴灌均勻度控制和管網運行的合理性等綜合因素的考慮，水源井輪灌區的劃分詳見設計圖紙。

2.7.2系統水力計算

灌水單元的水力計算包括毛管與支管的水力設計，最后得出閥門的設計壓力與工作流量。由各輪灌組中的各閥門工作壓力（本棉花滴灌工程設計中，所有田間閥門的設定壓力均為11m），在滿足支管道流量和壓力的前提下，對干管系統的管道進行試算，選擇最合理經濟的不同管徑的管道組成主管道系統。

由最不利輪灌組的閥門工作壓力，加上干管系統的沿程壓力損失及局部壓力損失，然后加入有關設備的局部水力損失及相關節點的高程差，得到水泵的揚程，再根據此輪灌組的流量選擇水泵的流量和揚程參數。

管道沿程損失是依據如下水力學計算公式:

hf=F×8.93×104×Q1.77×L/D4.77

式中:F-多口管系數；

hf-沿程摩阻損失水頭,m；

Q-流量,m3/h；

D-管道內徑,mm；

L-管道長度,m。

管道局部損失按沿程損失的10%計；

管道及水泵揚程具體見下表：

2.8首部樞紐設計

2.8.1水泵機組

根據水源特點本設計全部采用國產QJ系列井用潛水泵，型號為250QJ125-48/3（Q＝87.50m3/h，H＝63.90m，電動機功率25kW）。

過濾設備是滴灌系統得以長期、安全可靠運行的關鍵設備。考慮到項目區水源井水質較好，泥沙含量不大，確定選用目前世界上農業灌溉系統中較為先進的砂石分離式過濾系統。要求該類系統具有堅固耐用、過濾性能可靠，易于維護的特點。過濾系統將被安裝在灌溉系統的首部。

2.8.2施肥設備

該設計中在每一灌溉系統首部選用240L施肥罐。該系統材質均是優質鋼材，極耐化學腐蝕，經久耐用，可與控制器相連。特別適用于大田與果園的滴灌系統施肥。

2.8.3量測設備

位于過濾器后的專用灌溉水表，具有高度的精確性（2‰），灌溉系統首部配置4或6水表，可實現精確量水、精確灌溉，充分滿足用戶對節水計量的需要。

2.8.4安全保護裝置

在每一灌溉系統首部均設2或3快速釋壓閥及2“空氣閥”，作用是：釋壓閥-保護主管道系統和泵站。防止系統運行或輪灌組轉換時產生超高壓；空氣閥-在系統開/關時排/進氣以保護系統。

2.8.5灌溉控制系統

根據客戶要求，整個項目區灌溉控制方式采用自動控制方式。

3主要設備和工程設施

3.1主要設備選擇

滴灌工程中所需的主要設備有：水源設備（水泵）、首部樞紐（自控設備、水質凈化設備、控制及安全保護和量測設備、施肥與化學藥物注入裝置設備）、管道部分（管材、管件及其它輔助材料）。根據項目的特點和以建成同類工程的運行情況，主要設備擬采用國外進口或國產產品，主要包括在：自控設備、水質凈化設備（過濾器等）、滴灌管（帶）等，其主要表現在運行穩定、質量可靠、無堵塞現象和自然損壞小等方面。

3.2工程設施

項目所涉及到的工程設施主要有：水源工程（機井泵、泵房等）、首部樞紐設施及管網的鎮墩、閥門井、干支管未端的沖洗排水井。