赵 莹，杜耀辉

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司，陕西 西安 710014）

山阳县法官镇塔园沟片区灌溉面积为530 亩，种植作物全部为茶树。总体设计方案为：灌溉片区现状沟道上建引水堰闸一座，拦截地表水，通过引水管引流至泵站前池，经水泵将水提至位于山顶的高位水池，高位水池连接配水管道，通过自流将水输送至田间地头，采用滴管方式对茶园进行灌溉。

茶叶作为山阳县特色产业之一，当地县政府领导高度重视，积极整合各级各类相关资金，扩大农田水利建设规模，本次项目区茶园基本连续成片分布，管理体系系统完善，后期的管理运行效率高，所选片区的茶园单位也积极配合，工作开展方便。

1 引水堰闸设计

塔园沟片区新建引水堰1 座，引水堰具体参数见表1。

取水枢纽的设计洪峰流量为5.5 m3/s，校核洪峰流量为7.6 m3/s。

本工程为Ⅴ等小（2）型工程，均采用10 年一遇洪水设计，20 年一遇洪水校核，塔园沟设计洪峰流量为5.5 m3/s，校核洪峰流量为7.6 m3/s。根据宽顶堰泄流公式：

式中：m 为流量系数，ε 为侧收缩系数，本工程 ε=1.0；B 为堰宽，B=10 m；σs为淹没系数；H0为堰前计入行进流速水头的堰上总水头，取H0=H+v2/2g，H 为堰顶净水头；v 为为行近流速。

堰体过流能力计算表见表2。

表1 引水堰具体参数表

表2 堰体过流能力计算表

2 泵站设计

2.1 基本情况

塔园沟泵站属新建泵站，引水堰闸取水，根据测量图计算的泵站控制面积和泵站流量见表3。

表3 泵站设计流量计算表

2.2 管径选择

管段管径根据该管段的计算流量和经济流速来确定。管径选择采用公式：

2.3 设计扬程

输水管道总水头损失按以下公式计算：

输水管道、配水管网沿程损失采用海曾—威廉公式计算：

hj局部水头损失计算采用《村镇供水工程设计规范》（SL 687-2014），输水管道的局部水头损失，按沿程水头损失的5%～10%计算。参照已建成工程设计经验，局部水头损失按沿程水头损失的10%计，水头损失计算见表4。

2.4 水泵选型

水泵选择比较灵活，在满足流量和扬程情况下即可使用，因此本设计优先考虑低功率，高效率的水泵。针对本工程结合地形条件，选泵结果见表5。

3 高位水池设计

高位水池根据《节水灌溉工程技术规范》，微灌时的蓄水工程规模，宜按每次灌水量不小于150 m3/hm2（10 m3/亩）确定，按灌水规模强度最大的情况计算高位水池容积，计算结果见表6。

表4 输水管道水头损失及设计扬程计算统计表

表5 水泵选型特性表

表6 蓄水池特性统计表

4 滴灌设计

4.1 设计灌溉制度

4.1.1 最大净灌水定额确定

根据《节水灌溉工程技术规范》中灌水定额计算公式如下：

计算得出m=14.5 m3/亩=21.75 mm。

（2）最大灌水周期：

计算得，Tmax=7.25 d。

（3）设计灌水周期：

故取设计灌水周期为7 d。

（4）设计净灌水定额：

设计净灌水定额计算公式为：

式中：md为设计净灌水定额，mm。

计算 md＝7×3=21 mm，即 14 m3/亩。

（5）设计毛灌水定额：

设计毛灌水定额：

式中：m'为设计毛灌水定额，mm；η 为灌溉水利用系数,取0.95。

计算得，m'=22.11 mm=14.74 m3/亩。

4.1.2 系统布置

本工程灌溉系统结构为：水源（高位水池）→施肥罐→组合过滤器→干管→分干管→支管→滴灌带。

茶树种植方向为东西向，行间距1.2 m，株间距0.5 m。本系统采用主干管、分干管、支管和毛管的管网结构，一条支管灌溉40 行茶树，向一侧延伸毛管，毛管沿作物种植方向铺设，毛管、支管、分干管、主干管依次成正交布置；主干管、分干管、支管采用PE 埋设在地下，毛管采用滴灌带管铺设在地面。

表7 输配水管网参数表

4.1.3 灌水器

灌水器采用DE16PE 内镶式滴灌管，滴头参数表见表8。

表8 滴头参数表

5 设计参数

根据灌溉面积确定，可求得系统的供水流量：

塔园沟灌溉530 亩的可供流量为55.74 m3/h。

6 灌水小区允许水头偏差

温室内灌水小区滴灌带上的滴头设计允许流量偏差应满足要求：[qv]≤20%，即一个轮灌组内任何两个灌水器的流量偏差率必须小于20%。灌水器工作水头偏差率与流量偏差率按下式确定：

式中：hv为灌水器水头偏差率，%；qv为灌水器流量偏差率，%；x为灌水器流态指数。

灌水器为滴头，当滴头的流量偏差率qv=20%时，计算得hv=0.34，即滴头设计允许水头偏差率[hv]=34%。

一个灌水小区设计允许水头偏差，即辅管、毛管设计允许水头差按下式确定：

经计算，灌水小区允许水头偏差[Δh]=34%×10=3.4 m，灌水小区允许水头偏差的分配：支管允许水头偏差分配值为0.45[Δh支]=0.45×3.4 m=1.53 m；毛管允许水头偏差分配值为0.55[Δh毛]=0.55×3.4 m=1.87 m。

毛管允许极限孔数和铺设长度：

毛管允许极限孔数：Nm＝159 个，毛管的铺设长度：Lm=S（Nm-1）+S0=0.5×（159-1）+0.3=79.3 m；经计算，毛管的极限铺设长度为79.3 m，本次设计取毛管长度为50 m。

7 灌溉工作制度和流量

（1）初定一次灌水延续时间t：

则 t=mStSr/q＝（22.11×0.5×1.2）/2.3＝5.76 h。经计算，一次灌水延续时间为5.76 h，本次设计选取6 h。

（2）轮灌组数目：

实际轮灌组数不得超过允许的最大轮灌组数。结合项目区位置情况，将本系统分为21 个轮灌组。一天工作3 组，7 天可以灌溉完毕。

8 管道流量计算和水力设计

8.1 系统流量推算

8.1.1 毛管入口流量

灌水器流量q=2.3 L/h，孔间距0.5 m，每棵茶树周围开孔一个，有1 个滴水器流量为2.3 L/h，允许铺设长度为79.3 m，本次设计铺设长度取50 m。即每条毛管的流量根据下面的公式进行计算。

式中：L 为毛管长度，50 m；L 孔为孔口间距，取 0.5 m；qd为微管的设计流量，2.3 L/h。

则计算得到 Q田间毛＝50/0.5×2.3=230 L/h=0.23 m3/h。

支管极限孔数以及极限长度：

经计算Nm=70。支管的铺设长度：Lm=S（Nm-1）+S0=1.2×（70-1）+1=83.4 m

经计算，支管的极限铺设长度为83.4 m，本设计支管铺设长度在50 m，小于支管的极限铺设长度，因此辅管铺设长度满足要求。

8.1.2 支管入口流量

支管的流量等于该支管负责的毛管流量之和，对于不在同一个轮灌组的支管，按照最大数目确定。

经计算 Q支=9.2 m3/h。

8.1.3 干管流量

由于本次设计轮灌组按照毛管数目均等划分，系统运行一个分组轮灌时，干管流量的等于同时开启毛管的流量之和。则：

进行轮灌时，每个轮灌组共开启4 个支管即156 根毛管，则 Q干=36.8 m3/h。

8.2 系统水力计算

根据《微灌工程技术规范》（GB/T 50485-2009），规定管道沿程水头损失计算系数、指数见表9。

表9 管道沿程水头损失计算系数、指数表

本次设计毛管选用DE16 的PE 管。毛管水头损失按下式计算：

式中：h毛为等距多孔毛管沿程水头损失，m。

经计算，Σh毛＝0.5 m，不超过毛管允许水头偏差分配值1.87 m。

毛管进口压力为：

当出水孔平均流量为2.3 L/h 时，毛管进口压力h0=10.5 m。此值即为以支管控制的灌水小区中毛管进口平均设计工作水头。

支管管径根据下式进行计算：

支管水头损失计算：

经计算，Σh支＝1.33+0.13=1.46 m。

分干管管径、水头损失与支管相同，经计算Σh分干＝3.21+0.32=3.53 m。

干管管径、水头损失与支管相同，经计算Σh干＝4.82+0.48=5.3 m。

在最不利轮灌组条件下，按下式计算系统的工作水头：

经计算，h=30.79 m。

9 结语

农田水利高效节水基础设施的建设，使得农业科技的应用和转化能力得到了提高，改变了传统的浇灌方式，真正实现了科学灌溉，对农作物土壤起到了很好的保护作用，有效的防止土壤的流失，改变了传统的工程建设对周围生态环境造成不利影响的面貌。