农田水利工程滴灌系统的设计

农田水利工程滴灌系统的设计

吴鹏

三门峡市水利勘测设计有限责任公司中山分公司528400

摘要：滴灌技术是农田水利工程节水灌溉技术中的一种，因其节水效果突出，适应性强，近年来在干旱少水地区得到推广应用。鉴于滴灌系统设计与灌溉效果紧密相关，因此本文对这部分内容进行了探讨。

关键词：农田水利工程；滴灌系统；设计

水是生命之源，然而我国淡水资源人均仅有2300m3，约为世界平均水平的1/4，但同时我国又是世界上用水量最多的国家，所以节水不仅是我国的现实需要，更是社会经济可持续发展的必然要求。农业是用水大户，我国许多地区农业生产却一直面临着干旱缺水的问题，而传统地面灌溉方式用水量很大，水资源浪费现象十分严重，故采用先进的灌溉方式非常迫切。滴灌技术具有节水、节能、省肥、省工、改善品质、提高产量、适应性强等突出优势[1，2]，因而成为农业节水灌溉的首要选择。合理设计是发挥滴灌技术优势的前提，因此本文结合实际应用对滴灌系统的设计进行了探讨。

1滴灌系统的设计流程与方法

1.1设计流程

滴灌工程涉及范围广、专业多，系统复杂，工作量大，遵循合理的设计流程有利于提高设计质量和效率。基本流程如下：接受设计任务→调查研究与获取基本资料→水源规划→首部枢纽与输配管网规划→毛管、灌水器选择及灌水小区水力设计→管网布设→滴灌系统工作制度设计→管网水力计算并确定干管及支管管径→首部枢纽设计→滴灌系统设计复核→滴灌系统土建设计→滴灌系统投资效益分析→技术经济评价→提交设计成果。下面对主要环节进行简要说明。

1.2调查研究与获取基本资料

接受设计任务后，需要收集如下基本资料：（1）灌溉区地形图，农田灌溉面积、水源位置及交通、电力等情况；（2）农田土壤性质指标；（3）种植的作物种类、品种、分布、需水量、灌溉制度等；（4）当地气象条件，温湿度、降水量、蒸发量等参数；（5）农业生产管理条件等。

1.3水源工程规划

滴灌系统必须保证有充足可靠的水源，滴灌用水主要来自地表水和地下水，前者通常泥沙杂质较多，需投资沉淀过滤系统较；后者一般水质较好，但大量抽取地下水会造成地面沉陷、沿海地区海水倒灌等地质灾害，所以应作全面评价。确定水源后还要考虑配套工程，如取水、提水、蓄水、输水等工程。

1.4电能规划

当地电力资源丰富，可从电网接电，但作为节水工程还应有节能需求，可考虑风能、太阳能等可再生能源作为补充，以降低运行成本。

1.5首部枢纽与输配管网规划

首部枢纽是指从水源取水，加压，注肥，然后送入管网和灌水器的设施及控制保护装置，是滴灌系统调配控制的核心，如由地表灌渠取水，可考虑设有三级过滤器的首部枢纽，再配置施肥罐、控制量测设施及保护装置。管网由干管、支管、辅助支管（辅管）、毛管及连接管件、调控设备组成，布置时应从经济、施工和维护角度出发。线路走向尽量沿现有道路敷设，便于施工和维护管理，还应少占耕地以节约土地资源。

1.6毛管、灌水器选择及灌水小区水力设计

毛管和灌水器的布置主要依据灌溉对象。毛管长度影响灌溉效果和投资，通常毛管越长，支管间距越大，支管数量越少，投资愈少，但滴灌效果也会变差，所以毛管长度要结合灌水均匀性和水力计算确定。灌水器被称为滴灌系统的心脏，所以必须合理选择，主要依据作物种类、种植模式、土壤性质、工作压力、流量压力关系、制造精度、温度变化敏感性、淤堵敏感性、价格等因素选择。灌水小区是构成管网的基本单元，小区内压力和流量偏差应符合相关规范规定要求。

1.7管网布设

确定毛管、灌水器参数并完成灌水小区水力设计后，就可进行管网设计了。对于大田滴灌系统，管网布设可采用“抓两头、攻中间”的方法，“两头”是管网的始端干管和末端毛管，“中间”就是分干管和支管，确定了“两头”整个系统边界条件就界定了，然后再“攻中间”就具有较大弹性和灵活性。

1.8滴灌系统工作制度设计

大田滴灌系统一般采用轮灌工作制度，由于不同的轮灌运行方式水流途径不同，管网水力状态也不一样，为了满足灌水均匀度要求，要对不同水力状态的节点压力进行均衡验算，同时不同的轮灌方式对投资也有一定影响，如某工程支管轮灌和辅管轮灌造价相差数万元[3]，故应合理选择轮灌工作制度。

其他环节结合应用案例进行说明。

2滴灌系统的设计应用

2.1工程概况

某小型灌溉工程用于山区绿化，绿化面积约176hm2，总投资约1.3千万元。整个滴灌工程由取水、输水、田间配水三个分系统组成，其中田间配水分系统分为滴灌区和喷灌区。滴灌区利用自压滴灌，从支管取水，并分为分支管、毛管和灌水器3部分。毛管对称布置在分支管两侧，灌水器均匀分布在毛管上。

2.2滴灌系统参数设置

分支管采用内径40mm、壁厚1.2mm的PE管，每条长约32m，耐压0.4MPa，设计流量8m3/h。灌溉对象为乔木，株行距为1.2m×3.5m，确定毛管沿树木种植行布置，每行1条毛管，每条分支管上有8对毛管。毛管设计长度75m，采用内径16mm的管道，耐压0.4MPa，设计流量为500L/h。灌水器根据树木株行距进行布置，每条毛管设61个，间距1.2m，流量取8L/h，工作压力10～30mH2O，压力流量关系为，均匀度系数为0.92，流量偏差率=17%。

2.3滴灌系统水力计算

分支管、毛管等距布置，经计算分支管沿程压力损失=0.92mH2O，局部压力损失=0.092mH2O，总损失=1.01mH2O；毛管=1.41mH2O，=0.28mH2O，=1.69mH2O。分支管进口压力=11.90mH2O，毛管=11.14mH2O。

2.4滴灌系统复核计算

滴灌区允许压力偏差=2.9mH2O，其分配至分支管和毛管=0.45，=0.55。分支管和毛管允许压力偏差=1.30mH2O，=1.60mH2O。因=2.7mH2O<=2.9mH2O，故滴灌区允许压力偏差满足要求。毛管极限长度=112m>75m，故设计长度满足要求。毛管极限孔数计算为=81个>61个，故设计孔数满足要求。分支管和毛管最大工作压力<40mH2O<0.4MPa，故管道承压满足要求。

2.5滴灌系统节点设计

过滤器选择GL41H-16-DN40，内置100目网，压力损失0.2mH2O。其他配置：闸阀DN40，除锈罐DN40，压力表1/4″等。

2.6滴灌系统经济效益分析

滴灌用水定额为100m3/667m2，传统地面灌用水定额为300m3/667m2，滴灌用水系数为0.95，所以滴灌方式可节水50%～100%。滴灌方式以管道代替明渠，所以可比地面灌节地7%～15%。滴灌系统可采用自动化控制，省去机械或人工追肥，所以可节省人力50%。滴灌均匀度达80%～90%，在同等农业措施下，可提高作物产量10%～20%。

3结语

滴灌技术是目前世界上最先进的灌溉方式之一，不仅具有节水、节能、省肥、省工的优点，还是实现农业可持续发展及农田水利现代化的必经途径，因此其应用前景是非常光明的。设计时应多借鉴成功案例，再结合工程具体情况，选择技术经济效果好的方案，那么滴灌技术优势就能够充分发挥出来。

参考文献：

[1]杜艳珍，覃大庞.来宾市三利灌片高效节水灌溉工程设计[J].广西水利水电，2015（4）：19-21.

[2]吴玉梅.农田水利工程滴灌系统设计研究——以阿瓦提农田水利工程为例[J].黑龙江水利科技，2013，41（5）：68-70.

[3]白洁娜.农六师军户农场节水滴灌设计探析[J].水利规划与设计，2015（7）：97-100.