某农场滚移式喷灌系统典型设计应用

2014-09-04刘盈盈

黑龙江水利科技 2014年1期

关键词：计算公式水头灌水

刘盈盈，李威

(佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江佳木斯 154002)

推广应用

某农场滚移式喷灌系统典型设计应用

刘盈盈，李威

(佳木斯市水利勘测设计研究院，黑龙江佳木斯 154002)

滚移式喷灌机是一种半机械化大型喷灌机组，文章对其主要结构、工作方式、适用性等方面进行了简要介绍和分析，并依据红五月农场的地块条件，分析了大豆高效节水灌溉制度，并在此基础上详述了滚移式喷灌工程设计，包括喷灌机布置、管道系统设计，最终得出结论，滚移式喷灌系统是适合我国目前农业经营规模和生产力发展水平的机型之一。

滚移式喷灌；灌溉制度；系统设计流量；设计压力水头；喷灌设备

1 概述

红五月农场，位于九三分局东南部，场部距分局30km，全场总面积314km2，其中耕地面积为1.24万 hm2，是一个农业机械化程度较高，以种植小麦、大豆为主，林、牧、副、渔全面发展的谷物农场。

全局交通、电力基础设施建设较强，覆盖全局各乡村，电网质量和电压等级良好，完全满足工农业生产需要。全局交通路网较为发达，路面状况良好，主要干路路面均为混凝土路面。

该局水利基础设施建设还不配套，严重制约了高效农业发展，管理局及农场对发展农田水利工程要求十分迫切。

根据地形条件、水源条件及农场灌溉发展需要，对场部东侧地块进行滚移式喷灌系统设计，地块种植作物主要为大豆，单井出水量在80m3/s左右。

2 滚移式喷灌工作原理及适用条件

滚移式喷灌机是一种大型半机械化喷灌机组。滚移式喷灌机组配套部分主要由驱动车、输水支管(兼作轮轴)、从动轮、引水软管、喷头、喷头矫正器、自动泄水阀、制动支杆等组成[1]。

该机可以用人力推移，也可以配备驱动车，操作方便、简单，且爬坡能力强，可用于很陡的坡地，省去平整土地的高昂费用。

管接头为快速拆装式，装拆方便，通过加装或拆掉几节管道的方式，便可灌溉不规则形状地块。喷头矫正器使喷头在作业位置处于竖直向上状态，保证灌溉质量。

作业顺序是在一个位置喷洒一段时间，达到灌水定额后，关闭干管上给水阀，移动喷灌机至下一给水阀，继续喷灌[2]。

水通过主管道的输送经由喷头喷洒到地块上，设备的主管道选用铝合金管道，喷灌机全长150～600m，根据实际，一般选用300～400m，这主要是考虑地块的宽度和水源流量。管道为抗扭铝管，直径一般为110mm。

喷灌间距一般为10～12m，单喷头流量范围选用1.34～3.2m3/h。一般根据喷灌机长度，可采用人工移动，需要10人左右，单机控制面积最大一般为66.67hm2。

3 灌溉制度

根据当地有关资料确定喷灌的灌水定额和灌水周期。

3.1 喷灌灌溉制度

喷灌计算公式为：

(1)

式中：m为设计灌水定额，mm；H为灌溉水的利用系数；h为计划土壤湿润层深度，cm；β1为适宜土壤含水量上限(重量百分比)；β2为适宜土壤含水量下限(重量百分比)；γ为土壤容重，kg/cm3；T为设计灌水周期，d。

(2)

式中：W为作物日需水量，mm/d。

3.2 大豆高效节水灌溉制度

3.2.1 大豆的需水规律

大豆不同生育时期计划湿润层的适宜土壤湿度：播种时应在田间持水量的90%；出苗后控制在田间持水量60%～70%；出苗—分枝期，为田间持水量的65%～90%；分枝—开花期，为田间持水量的70%～90%；花期—鼓粒期为田间持水量的90%～85%；鼓粒—成熟期在田间持水量的65%～90%[3]。

3.2.2 大豆高效节水灌溉制度

从大豆的需水规律来看，各生育阶段需水量按大小排列顺序是：花期—鼓粒期>鼓粒—成熟期>分枝—花期>苗期—分枝期。因此，花荚期既是需水最多的时期，也是大豆各生育阶段中灌水效果最佳的时期，必需保证充足灌水[4-6]。

在不能满足充分供水灌溉的地区，大豆的各生育阶段土壤水分下限(占田间持水量的百分数)可适当降低，除播种期保持70%～90%，开花结荚期≥65%外，其它阶段土壤水分下限可降至60%。可以根据以上原则，参考黑龙江省地方标准《用水定额》DB23/T727—2010，制定大豆的高效节水灌溉制度，详见表1。

表1 大豆高效节水灌溉制度表

4 滚移式喷灌工程典型设计

4.1 喷灌机布置

4.1.1 管道布置

主管道从水源井一直铺设到地边，然后沿垄向布设，喷灌支管与主管道垂直衔接。详见图1。

图1 滚移式喷灌典型地块布置示意图

4.1.2 喷灌系统工作制度

每日净喷灌时间，根据农场实际情况，拟定喷灌时间t=22h。喷头在一个点位上喷洒时间根据公式确定，计算公式为：

t=abm/1000q

(3)

式中：a为喷头间距；b为支管间距；m为设计灌水定额；q为喷头流量。

4.1.3 喷头每日可工作的喷点数

计算公式为：

n=tr/(t+ty)

(4)

式中：tr为喷头每日喷灌作业时间，tr=20h；ty为每次移动、拆装和启闭喷头的时间，ty=10min。

4.1.4 喷灌系统设计流量的推求

计算公式为：

Q=nPq/ηC

(5)

式中：nP为设计管线上同时工作的喷头数；q为喷头设计流量；ηC为灌溉水利用系数，ηC=0.85。计算成果见下表：

表2 滚移式喷灌系统参数计算表

根据水源水量要求，推算滚移式喷灌控制面积41.75hm2，地块宽360m，长1160m。

4.2 管道系统设计

干管选用直径150mm涂塑软管，支管选用直径110mm薄壁铝合金管。

4.2.1 喷灌系统设计压力

计算公式为：

H=Zd-ZS+hS+hP+∑hf+∑hj

(6)

式中：H为喷灌系统设计压力，m；Zd为典型喷点的地面高程，m；ZS为水源水面高程，m；hS为典型喷点的竖管高度，m，hS=0.8m；hP为典型喷点喷头的工作压力，m，hP=25m；∑hf为由水泵吸水管至典型喷点的喷头进口处之间管道的沿程水头损失，m；∑hj为由水泵吸水管至典型喷点的喷头进口处之间管道的局部水头损失，m。

4.2.2 干管沿程损失

计算公式为：

(7)

S0=f/db

(8)

式中：hf为管道沿程水头损失，m；SO为比阻，即单位管长、单位流量时的沿程水头损失；f摩阻系数，铝合金管f=0.861×105，塑料管9.48×104；d为管道内径，mm；b为管径指数，铝合金管b=4.74，塑料管b=4.77；Q为管道流量，m3/h；m为流量指数，铝合金管m=1.74，塑料管m=1.77；L为管道长度，m。

4.2.3 喷灌机支管沿程损失

对于多喷头支管的沿程水头损失，计算公式为：

h′f=Fhf

(9)

式中：h＇f为多喷头支管的沿程水头损失，m；F为多口系数。

4.2.4 管道的局部水头损失的计算

计算公式为：