大田作物滴灌工程设计

1　工程设计依据

《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）、《节水灌溉技术规范》（SL207-98）、《微灌工程技术规范》SL103-95。

按照《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），拟定项目区的工程规模、工程等级、附属建筑物级别。一般的滴灌工程按照水源及种植方式的要求，划分为200 100～533 600m2的单元，工程规模为小（2）型，工程等级为五级，建筑物级别属五级。

2　滴灌设计参数

根据水利部颁发的《节水灌溉技术规范》（SL207-98）和《微灌工程技术规范》（SL103-95）以及国内外滴灌技术发展积累多年的经验，各技术参数定为如下各值：

①微灌土壤湿润比：P=40%～45%；②微灌水利用系数：η=0.90～0.95；③设计灌水均匀度：Eu=90%～95%；④设计湿润深度：Z=0.80m；⑤设计日耗水强度：Ea=4～6mm/d。

3　滴灌工程设计任务

选择合理的滴灌技术形式；确定灌溉制度；以典型设计为例对灌水小区和各级管道进行合理布局；以典型设计为例进行轮灌区划分，系统水力计算，给出流量、压力需求；滴灌系统首部枢纽设计；给出典型设计材料单及造价。

4　滴灌管线的分类及特点

4.1　内镶式滴灌管　滴灌管线所用的滴头为内镶式结构， 滴头在生产过程中直接“焊”于滴灌管的内侧壁上，最大限度的防止机械损伤；

4.2管上式滴灌管　管线采用壁厚不小于0.50mm的PE管，在施工过程中直接打孔将滴头插在管线上。

4.3　滴头流量　内镶式滴头公称流量1～3L/H（10m压力时），管上式滴头公称流量2～8L/H；流量-压力关系式：Q=a×Px ，x为流态指数,a流量系数，P为工作水头。

4.4　滴灌管线规格　壁厚0.20～1mm，管壁厚均匀，毛管外径16.50 mm或20 mm，工作压力6.50～18m。

4.5　滴头结构　紊流流道，流道宽短，抗堵塞性能强，能有效防止滴头堵塞。

4.6　偏差系数不大于0.03

5　滴灌管线布置及敷设形式

滴灌管线布置作物种类、种植方式、土壤类别及所选用的滴头类型，同时还应考虑施工、管理方便、对农作物的影响及经济因素等。大部分作物如棉花、玉米、蔬菜、瓜果等均属条播密植作物，需采用较高的湿润比（大于60%）。滴灌管沿行向布置，一膜一至两根；根据根系发育规律及需水规律，为保证最佳的灌溉湿润效果和操作管理方便，滴灌管线宜敷设于地上。

6　确定灌溉制度

6.1　设计灌水定额M

M=0.1γzp(θmax-θmin)/η

式中：M——设计灌水定额（mm）；

γ——土壤容重（g/cm3）；

z——计划土壤湿润层深度（z=0.80m）；

p——设计土壤湿润比（p=40%），果树、葡萄和瓜类、蔬菜、粮棉油等作物分别为24%～40%、30%～50%、60%～90%、40%～80%；

θmax、 θmin——适宜土壤含水率上下限（占干土重的百分比）；

η——灌溉水的有效利用系数（取η=0.95）。

6.2　设计灌水周期T

T=mη/E

式中：E——滴灌设计日耗水强度（mm）。

6.3　一次灌水延续时间

t=mSpSe/q

式中：Sp——滴头间距（m）；

Se——毛管间距（m）；

q——滴头平均流量（L/h）。

以西北地区棉花滴灌工程为例进行典型设计计算：

根据上文，参数P= 40%；η=0.90～0.95；Eu=90%～95%；z=0.80m；Ea=4～6mm/d；最大田间持水量取为22%，适宜土壤含水率上下限百分比取为90%和70%，则θmax=19.80%，θmin=16.50%；γ=1.41g/cm3。

设计灌水定额：M=21 mm。

设计灌水周期：T= 3.99d；以4d计。

一次灌水延续时间:t=3.10h。

7　管网布置和灌水小区设计

7.1　轮灌组划分

7.1.1　管网布置原则：①根据作物种植要求及采用的灌溉技术，要求输水干管要适合灌溉形式的要求。②因地制宜，结合首部位置、作物种植方向的要求，使管道总长度最短和尽量少穿越其它地块；确保作物用水要求，调水便捷，管理维修方便。③输配水干管沿地势较高位置布设，支管垂干管或分干管布置。④管道的纵剖面应力求平顺，为防止热胀冷缩和冬季冻害，输配水干管均采用地埋式，地埋深1.50m。并在低洼处及干管、分干管和支管末端修排水井，以便排除管道积水。

7.1.2　管网布置形式：水源—加压泵—干管—分干管—支管—滴灌管，根据地形，干管与分干管均采用鱼骨形布置，以减少沿程水头损失。干管、分干管均为地埋管，支管放置于地面。

7.1.3　输配水管道规格及材质：①根据各灌溉区设计流量，通过经济方案比较选用干管及支管规格及材质。②滴灌管。由低密度聚乙烯拉制而成。滴管材质的化学配方具有抗环境应力破坏的能力， 同时含有抗老化添加剂，可防止管线老化，延长其使用寿命；滴灌管的铺设根据地块划分情况及具体地形变化而定，一般敷设长度范围在80～120m。

7.2　灌水小区设计

为保证每个灌水小区的灌水均匀度，应结合项目区实际情况及投资，建议在各灌水小区的首部安装具有调压功能减压阀，可以设定所有灌水小区的首部为同一压力，便于稳定滴灌管线所要求的压力数值，达到小区灌水均匀的目的。

8　轮灌组划分及系统水力计算

8.1　轮灌组划分　根据水源供水能力、滴灌均匀度控制和管网运行的合理性等综合因素的考虑，设计中采用轮灌工作制度。

8.2　系统水力计算　灌水单元的水力计算包括毛管与支管的水力设计，最后得出阀门的设计压力与工作流量。由各轮灌组中的各阀门工作压力（典型设计中，所有田间阀门的设定压力均为等值），在满足支管道流量和压力的前提下，对干管系统的管道进行试算，选择最合理经济的不同管径的管道组成主管道系统。

由最不利轮灌组的阀门工作压力，加上干管系统的沿程压力损失及局部压力损失，然后加入有关设备的局部水力损失及相关节点的高程差，得到水泵的扬程，再根据此轮灌组的流量选择水泵的流量和扬程参数。

管道沿程损失是依据如下水力学计算公式计算得到的:

hf=F×8.93×104×Q1.77×L/D4.77

式中：F——多口管系数；

hf——沿程摩阻损失水头（m）；

Q——流量（m3/h）；

D——管道内径（mm）；

L——管道长度（m）。

8.3　设计灌水均匀度校核

考虑水力和制造偏差两个影响因素后的均匀度计算:

Eu=(1-1.27Cv/N1/2)(qmin/qa)

式中：Eu——均匀度值；

Cv——灌水器的制造偏差系数（Cv=0.03）；

N——一株植物下安装的灌水器数目；

x——滴头流态指数（x=0.45）；

qmin——地块中最小滴头流量；

qa——地块中平均滴头流量。

9　首部枢纽设计

9.1　水泵机组　根据水源特点尽量采用国产系列井用潜水泵 。

9.2　过滤系统　过滤设备是滴灌系统得以长期、安全可靠运行的关键设备。考虑项目区水源水质如泥沙、藻类、漂浮物及化学物质含量，确定选用过滤系统的组合。要求该类系统具有坚固耐用、过滤性能可靠、易于维护的特点。

目前国内比较成熟的过滤系统的组合主要有：离心砂石分离器+网式（或叠片）过滤器组；介质过滤器+网式（或叠片）过滤器组；前者适合无藻类、漂浮物但泥沙含量较大的水源，而后者对水库、河流水源的微生物、漂浮物有较好的过滤作用，对水质较好的水源也可直接用网式（或叠片）过滤器；化学堵塞可采用酸洗解决。

无论选用何种类型的过滤系统组合，并不能完全解决滴头的堵塞，只能是堵塞减低到可接受的水平，一般推荐过滤器能滤除直径大于滴头流道直径1/7～1/10的颗粒。过滤器的过滤精度用“目”（M）表示：

M=1/（D+d），其中D为线径（in）； d为孔径（in）。

经过实验表明，对于滴灌系统，控制过滤器（网式（或叠片））为120目时即可满足要求。

9.3　施肥系统　该设计中在每一灌溉系统首部应选用压差式施肥罐进行施肥，使用简单方便，运行可靠，只需开启肥料阀门即可进行自动施肥，特别适用于大田与果园的滴灌系统施肥。

9.4　量测设备　灌溉系统首部配置水表，可实现精确量水、精确灌溉，充分满足用户对节水计量的需要。

9.5安全保护装置

在每一灌溉系统首部均设快速释压阀及空气阀，作用如下：

释压阀：保护主管道系统和泵站。防止系统运行或轮灌组转换时产生超高压。

空气阀：在系统开/关时排/进气以保护系统。

参考文献

[1]康权.农田水利学[M].北京：水利电力出版社，1992.

[2] 雷志栋.土壤水动力学[M].北京：清华大学出版社，1985.

[3] 魏永翟.农业供水工程[M].北京：水利电力出版社，1992.

[4] 康绍忠.非充分灌溉原理[M].北京：水利电力出版社，1992.

[5] 郭元裕.灌排工程最优规划与管理[M].北京：水利电力出版社，1990.

[6] 刘先成.最新节水灌溉工程技术规范实施手册[M].北京：中国知识出版社，2006.

史才德