清原县长富沟药园滴灌工程设计

于江楠

(辽宁省抚顺市清原县水利局，辽宁 抚顺 113300)

清原县长富沟药园滴灌工程设计

于江楠

(辽宁省抚顺市清原县水利局，辽宁 抚顺 113300)

长富沟药园由于降水时空分布不均，土质保水性较差，灌溉方式落后而经常发生旱灾，为了改善农业结构，发展高效农业，亟需设计一种适宜的节水灌溉系统，以提高灌溉用水的有效利用系数，改善水环境，提高农民收入。

灌溉方式；农业结构；设计；节水灌溉

1 概 述

长富沟药园位于清原满族自治县大孤家镇南2.72 km，面积11 hm2。长富沟药园种植的五味子是辽东山区的名特产，是一种较名贵的药材，具有很大发展前景。

长富沟药园地区多年平均降水量800 mm左右，降水年际变化大，年内分配不均匀，6—9月份降水量占全年的70%～80%。

长富沟药园的表层土质主要为第四系冲积黏土、壤土、轻质壤土，下层主要是砂卵石和坡积砂，保水性不佳，又由于农田水利工程多年未进行过维修改造，水资源利用率低，现状灌溉用水有效利用系数只能达到0.40，所以经常发生旱灾，导致产量不稳定。

因此亟需建设高效节水工程，以改善水利配套设施,节约灌溉用水，提高农民收入[1-2]。

长富沟药园节水工程的建设还要求为调整农业结构，发展高效农业打下坚实基础，使项目区农业具有可持续发展的能力，达到农民增收、农业增效的目的。

2 灌溉方式的选择

目前常用的节水灌溉方式有喷灌、滴灌、微润灌溉等，根据工程建设投资少、运行管理费用低、有利于在当地进行示范推广[3-4]。

利于农民增产增收为原则以及长富沟药园坡度较大的地形特点，由已建成的高山水池可用等条件，决定选择滴灌方式。

滴灌是一种科学的节水灌溉技术，按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，将水和作物需要的养分一滴一滴，均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中[5-7]。

滴灌具有节水20%～50%、增产10%～30%、节地1%～5%、省工5%～20%的优点。滴灌不破坏土壤结构，土壤内部水、肥、气、热经常保持适宜于作物生长的良好状况，蒸发损失小，不产生地面径流，几乎没有深层渗漏。

滴灌使用的灌水器流量小，每小时流量为2～12 L，因此，一次灌水延续时间较长，灌水的周期短，可以做到小水勤灌，需要的工作压力低，能够较准确地控制灌水量[8-9]。

长富沟药园滴灌项目实施后可使灌溉用水有效利用系数从原有的0.4提高到0.85。

3 工程设计

工程设计包括4项内容：工程布置、灌溉制度设计(供水工程)、提水管路计算和水源井设计。

3.1 工程布置

长富沟药园滴灌工程设计包括供水工程、提水工程和水源工程3个部分，药园取水点在高程为65.00 m(假定高程)河边水源井，使用单吸多级节段式离心泵将灌溉用水提升至高程为160.00 m(假定高程)的山顶水池(已建)，再利用高差通过输配水管网和灌水器向作物施水。

3.2 灌溉制度设计(供水工程)

3.2.1 设计灌水定额

m=0.1γZP(θmax-θmin)/η

(1)

式中：m为灌水定额，mm；Z为计划土壤湿润层深度，cm，取Z=30 cm；P为滴灌设计土壤湿润比，取P=60%；γ为计划湿润层内土壤平均容重γ=1.45T/m3；θmax；θmin为适宜土壤含水量上下限(占干土重量的%)，θmax取60%，θmin取60%，一般中壤土的田间持水率占干土重量的22%～28%，取田间持水率占干土重量的22%，则：θmax=22×90%=19.8；θmin=22×60%=13.2；η为田间水有效利用系数，取η=0.95，m=17.23 mm，取m=18 mm，折合12m3/hm2。

3.2.2 灌水周期的确定

T=(m/Ea)η

(2)

式中：T为设计灌水周期，d；Ea为设计耗水强度，取5mm/d；m为设计灌水定额，m=18 mm，T=(18/5)×0.95=3.42根据实际经验取T=3(d)。

3.2.3 一次灌水延续时间的确定

(3)

式中：t为次灌水延续时间，h；Se为灌水器间距，0.5m；m为设计灌水定额，18mm；S1为毛管间距，1.2m；q为灌水器流量，3L/h；η为灌溉水利用系数(0.95)，t=3.78 h，取t=4 h。

3.2.4 用水量计算

(3)

式中：A为灌溉面积.m2；W为用水量，m3；m为设计灌水定额，mm；t为供水时间，h；η为灌溉水利用系数(0.95)；W=521.3 m3

整个灌溉区分9个片区，每个片区毛管为51根，每根长60 m，每根毛管流量为0.000083 m3/s，一个片区用水流量为0.00423 m3/s。

3.2.5 根据毛管设计流量用试算法确定管径和水头损失

采用分支管网布置形式，管中流速尽量控制在1.8 m/s以下，滴灌工程管道中水流沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，因而管路损失按长管公式,试算法计算。管中选取最不利的管路，选用用水量大，最长有代表性的管路进行计算，所有管都采用塑料管，糙率为0.008。

(4)

式中：hf为水头损失，m；λ为为沿程阻力系数；l为管道长度，m；V为管内流速，m/s；d为管的直经，mm。

合计水头损失=∑hf+局部水头损失(取沿程水头损失的10%)=(18.81+6.1+0.24)×1.1=27.67m。灌溉区水头损失计算表见表1。

灌溉区经过计算管道管材选用PE塑料管，主管路为Φ63，毛管路为Φ25。

表1 灌溉区水头损失计算表

3.3 提水管路计算

提水管路计算内容包括：提水管路水头损失计算和提水系统设计水头计算。

3.3.1 提水管路水头损失计算

采用分支管网布置形式，管中流速尽量控制在1.8 m/s以下，滴灌工程管道中水流沿程水头损失较大，而局部水头损失和流速水头很小，因而管路损失按长管公式,试算法计算[10-12]。

管中选取最不利的管路，选用用水量大，最长有代表性的管路进行计算，所有管都采用塑料管，糙率为0.008。

(5)

式中：hf为水头损失，m；λ为沿程阻力系数；l为管道长度，m；V为管内流速，m/s；d为管的直经，mm。

表2 提水管路水头损失计算表

合计水头损失=∑hf+局部水头损失(取沿程水头损失的10%)=22.11 m。

灌溉区经过计算主管道供水流量为0.0042 m3/s。管材选用PE塑料管，由管路水头损失计算可知，提水管路为Φ63工作压力为1.6 MPa，管路水头损失为22.2 m。

3.3.2 提水系统设计水头计算

H=Zd-Zs+∑hf+hs

(6)

式中：H为提水设计水头，m；Zd为蓄水池点地面工程，m；Zs为水源稳定水位，m；∑hf为由水泵吸水管至典型喷点喷头进口处水头损失和，m；Hs为水泵安装高度，m。

提水系统设计水头H=119.4 m

3.3.3 水泵选用

根据计算供水流量、扬程，选用65D15—30型离心泵。65D15—30型水泵性能表见表3。

表3 65D15—30型水泵性能表

3.4 水源井设计

长富沟药园滴灌工程地区浅层地下水存储量和补给量富足，单位涌水量>20 m3/(h·m)，水源井采用直径4m的圆形大口井，井深6 m，单井出水量180 m3/h，含砂量满足滴灌要求，无需另做沉沙工程。

井壁基础0.5 m高度为浆砌块石，上接3.5 m高干砌块石，最上层为2.5 m高浆砌块石，井壁厚0.7 m，井顶盖为0.2 m厚钢筋混凝土。

单井控制灌溉面积计算公式为：

F=QTtη/m=11.4 hm2

(7)

式中：F为单井控制面积，hm2；Q为单井出水量，180m3/h；T为灌水周期，3 d；t为每天开机时间，h，t取4 h；η为灌溉水利用系数，η=0.95；m为灌水定额，12 m3/hm2。

经计算，该井可控制灌溉面积11.4 hm2大于项目区面积11 hm2可满足用水要求。

4 结 语

长富沟药园滴灌工程建成后降低了输水管网和田间蒸发损失量，提高了水资源的利用率，灌溉用水有效利用系数从原有的0.4提高到0.85，灌溉定额由原来437.5 m3/hm2降到205.9 m3/hm2，减少了205.9 m3/hm2。

改善了项目所在地区的供水条件，提高了农业、乡镇企业用水保证率，有效减少地下水开采量，使地下水埋深及储量处于良性循环。

长富沟药园滴灌工程建成后由于农业生产条件的改善，增强了农业抗御自然灾害的能力，提高了产量，按平均亩增加五味子30 kg，25 元/kg计算，每亩可增加效益750元。长富沟药园滴灌工程的示范作用可促进农业种植结构调整及产业化进程、带动该地区经济发展。

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1007-7596(2014)12-0125-03

2014-03-26

于江楠(1976-)，女，辽宁抚顺人，工程师，从事水利工程管理工作。

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