半固定式灌溉系统设计

摘要：非洲某国一块波浪状丘陵平原，位于河流南岸，地质岩性单一，是经过长期沉积而形成的第四纪地质层，有坡度。该地区属于热带气候，全年分干爽季和雨季。在干爽季无降水，雨季降雨量充足。解决干爽季补水灌溉对当地农业发展尤为重要。取2.6ha田地作为标准地块，对大田作物进行喷灌设计。

关键词：半固定喷灌；喷头组合间；设计喷灌强度；设计灌水定额；灌水周期；喷洒时间

Abstract: A plant between wavy hills in African located in south bank of a river, is quaternary geology layer formed after long-term deposition with single geological lithology. The region has a tropical climate divided into dry and rainy seasons throughout the year, that is no precipitation in the dry season and sufficient precipitation in monsoon. So it is important for the agriculture development to solve the replenishment and irrigation in dry season. Taking a 2.6ha field as a standard land, sprinkler irrigation design is conducted for field crops.

Keywords: semi-fixed sprinkler irrigation; spray-head combination; design for sprinkler strength; design for irrigation quota; irrigation cycle; spray time

中图分类号：S274.2文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、工程概况

本工程是灌区灌溉系统的修复和升级项目，主要位于河流南岸，为波浪状丘陵平原，且被荒草和灌木覆盖，地质岩性比较单一，基本上是经过长期沉积而形成的第四纪地质层， 整体地势西高东低、北高南低，东西向高差50多m。灌区东西向沿渠道、河流、冲沟之间呈带状分布，从渠道到河流或冲沟，地形坡度在2/1000～3/100之间不等。

2、 工程气候和水文条件

该灌区是热带气候，炎热、潮湿。全年分干爽季和雨季，干爽季为每年的5月～9月，滴雨不下，昼夜温差较大，中午太阳辐射强，气温高；全年降雨量全部集中在雨季的10月～次年的4月，降雨量约1700mm。光照辐射很强，风力不大。水汽蒸发量很大，蒸发量在7mm/d～7.5mm/d之间，灌溉期高达8mm/d。灌区是一处山前冲积平原，主要土壤为中壤土和部分沙性壤土，土层较厚。表层覆有100cm左右的熟化腐殖土层，有机质较多，P、K的含量较高，肥力相对较好。

3、 灌区灌溉工程设计

根据灌区的灌溉总体规划，河水经明渠输送到灌区内各灌溉单元的较高地势，在一定位置设置水位控制建筑物（迷宫堰）和分水口，根据灌区灌溉工程规划方案和灌溉设计标准，把渠道水输入分配到各田间地块，进行田间灌溉系统设计。根据土壤性质、材料管理的便利和按需供水的需要，选择半固定式喷灌系统。

灌区渠道可实现全天候供水，但田间各独立灌溉系统由于存在设备检修、换茬种植以及不同生育期灌溉周期有较大差别等因素，灌溉系统的日平均工作时间可按10～13h考虑，灌溉周期也在4d～7d不等。根据不同的灌溉形式和作物种类，水果类需水关键期日耗水量取6 mm/d～7mm/d，大田粮食作物类需水关键期日耗水量取6mm/d～7.5mm/d。

取田块长度215m，宽度125m，面积2.6ha作为标准地块；田内地势较为平坦，土壤较为肥沃，表层土壤为中壤土，土层深厚，1.0m土层内的土壤干容重1.38g/cm3，田间持水率为23.1（占干土重量百分比），土壤平均入渗强度为20mm/h；气象资料较少，风速不大。

1）管材及喷头选择

干管、分干管埋于地下，选用UPVC管材；支管和喷头为移动部分，支管选用铝合金管；喷头立管为镀锌管。

采用中国生产的ZY-2型喷头或同类喷头，喷嘴直径为7.0/3.1mm，喷头工作压力25m～30m，喷头流量3.5m3/h～3.83 m3/h，射程为18.1m～19.1m，材质为锌铝合金。

2）喷头组合间距

考虑到气象资料较少，取风向不定的情况，选择正方形组合管网布设。风速不大，取设计风速0.3-1.6m/s,最大间距射程比Ka=Kb为1.1-1。取射程R为19m，组合间距a=b=20.9m。

根据喷灌工程技术规范和当地的地形、种植习惯及现行铝管的规格，在地块中央沿地块长边方向布设地下干管，干管上的给水栓间距b为18m,喷头在支管上的间距a为18m。

图1： 标准田块半固定喷灌系统平面布置图

3）设计喷灌强度

无风情况下单喷头全圆喷洒强度：ρS=1000q/(πR2)

式中：ρS为无风情况下单喷头全圆喷洒的计算强度，mm/h；

q为喷头流量，3.83m3/h；

R为喷头射程，19m；

计算得：ρS=1000×3.83/（3.14×192）=3.38 mm/h

设计喷灌强度：ρ=KωCρρS

式中：ρ为设计喷灌强度，mm/h；

Kω为影响喷灌强度的风系数；

Cρ为影响喷灌强度的组合系数；

4）设计灌水定额

设计灌水定额：m＝0.1γdHβ（β1－β2）

式中：γd为土壤干容重，γd=1.38g/cm3；

H为计划湿润层深度，50cm；

β为田间持水率，23.1

β1、β2为适宜含水量上、下限，取田间持水量的95%、70%。

计算得： m＝0.1×1.38×50×23.1×（95%-70%）=39.8mm。

5）灌水周期

灌水周期：T=m/Ea

式中：Ea为作物日需水量，6mm/d。

计算得：T=39.8/6=6.63，取7d；

6）喷头在工作点上的喷洒时间

喷头在工作点上的一次喷洒时间：t＝m/p

式中：m为设计灌水定额，m＝39.8mm；

p为喷头的喷灌强度，p＝11.8mm/h；

计算得：喷灌的一次喷洒时间 t＝3.4h

7） 每日可喷洒的工作位置轮换数

灌区渠道可实现全天候供水，但田间各独立灌溉系统由于存在设备检修、换茬种植以及不同生育期灌溉周期有较大差别等因素，灌溉系统的日平均工作时间可按10～13h考虑，取td=10h。

每日可喷洒的工作位置轮换数为：n=

式中：n为每日可喷洒的工作位置轮换数；

td为每日灌溉时间，10h；

t为喷头在工作点上喷洒的时间，3.4h；

计算得：n=10/3.4=2.94,取3。

4、结束语

该国水资源匮乏，此灌溉工程不仅要满足作物生长的供水条件，同时要为当地居民提供生活用水。本设计根据现场已知的水文资料，结合我国已有的节水灌溉技术经验，对该地块进行了半固定式喷灌设计提高了水资源的利用率和利用效益。目前此项目已进入维修期，灌溉系统运行良好。

参考文献：

[1] 杨斌，曹振宇；蔬菜作物需水与节水灌溉气象服务；气象科技；2010年6月第38卷第三期

[2]埃·魏·赫尔曼，艾人；喷灌的灌水定额与灌水时间[J]；节水灌溉；1980年01期

[3] 李久生；灌水定额和灌水周期对半固定式喷灌系统投资的影响；节水灌溉；1985年第3期

[4] 喷灌工程技术规范 GB/T50085-2007

[5] 郭元裕；农田水利学（第三版）；武汉大学

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。