谈喷灌机系统在农业灌溉中的应用

内容摘要:喷灌系统一般包括水源、动力设备、水泵、管道系统及喷头等部分。喷灌机的种类,管道系统的选择与布置,工程运行后效益分析等。供类似工程参考。

关键词:喷灌机系统 水源 动力设备 系统形式选择 效益分析

中图分类号:S274.2文献标识码:A

喷灌系统一般包括水源、动力设备、水泵、管道系统及喷头等部分。要进行灌溉,首先必须解决水源问题,据统计目前采用打井抽取地下水为喷灌水源的较多,也有采用地表水,其类型没有限制,只要在灌溉期能保证水量和质量即可;水泵是将从水加压,使水能达到喷射的要求;动力设备的功率要与水泵配套;管道系统是把经过水泵加压后的灌溉水送到田间,它必须要满足流量和压力的要求,常分成干管和支管两级;喷头是喷灌系统的专用设备、也是重要部件,其作用是把水泵加压后的集中水流分散成细小的水滴并均匀地散布在田间。

本文以《黑龙江省农垦总局红旗农场节水灌溉示范项目实施方案设计》设计参数指标来介绍半固定式喷灌系统的工程设计应用,项目区灌溉面积2700亩。

1 示范区工程概况

红旗农场位于哈尔滨市西南郊,分布在哈尔滨市的南岗、道里、平房三个行政区,隶属哈尔滨分局管辖。场部设在南岗区的王岗镇,距市区9公里。地理坐标:东经126°22′30″～126°33′45″,北纬45°34′～45°41′。土地总面积2.03万亩,其中:耕地面积1.3万亩。

此次节水灌溉示范区选择在农场的第四生产队和第五生产队。第四生产队位于哈尔滨市西南部的机场路两侧,距哈市13公里。北靠松花江,东邻哈尔滨新发乡,西邻哈尔滨新农乡,南靠榆树乡,机场路横穿境内,交通十分方便,现有耕地面积3400亩。该区地势平坦低洼,土壤属于草甸沼泽土,PH值为7.5。

地下水储量丰富,水质良好,单井出水量144立方米/小时。

第五生产队位于哈尔滨市的动力区境内,与哈尔滨市的朝阳乡接壤,紧靠哈尔滨市的平房区。京哈高速公路从境内通过。现有耕地面积2800亩。该区地形地势起伏明显,属于漫岗地。土壤为黑粘土类型,适于种植各类经济作物。地下水储量丰富,单井出水量可达到80～100立方米/小时,水质良好,适宜农田灌溉。

2 水源工程

灌溉水源分为地表水和地下水两种,该项目区灌溉水源为地下水,根据农场调查及实际运用情况,参照已成井钻孔柱状图,确定井深88米,成井后动水位埋深60米左右,出水量80～144立方米/小时,井径300毫米。需新打井14眼。经过喷灌系统设计和计算后,得知泵站的设计流量和扬程,通过压力管道输送至田间进行喷灌。

3 喷灌系统确定

3.1喷灌系统形式选择

根据示范区实际情况和操作运用情况,选择8PR(L)系列管道式喷灌机,管材采用衬胶喷灌管,接头为适合丘陵地区使用的偏角可达30°的球头式,性能先进,具有结构简单、性能稳定、水损小、安装操作方便、适应性强、造价低等特点。

3.2 喷灌系统设计

⑴布置的原则

①干管应沿主坡方向布置,在地形较平坦地区,支管应与干管垂直,尽量沿等高线方向布置;

②在平坦地区,支管的布置应尽量与作物耕作方向一致,并与田间工程规划相配合;

③在经常刮风的地区,布置支管与主风向垂直,这样在有风时可加密支管上的喷头,以补偿由于风造成喷头横向射程的缩短;

④支管上各喷头的工作压力要求接近一致,或在允许的差值范围内。

⑤抽水站应尽量布置在整个喷灌系统的中心地点,以减少输水的水头损失;

⑥喷灌系统应根据轮灌要求设置控制设备,一般每根支管应设有闸阀控制。

⑵确定喷灌方式

选择8PR(L)管道式喷灌机,其主要技术规格及性能如下表:

⑶管道与机井布置

机井设在主管道一端或中央, 支管与干管衔接交角为90°,干管基本上呈东西向,支管呈南北向,具体布置见附图。

⑷喷洒水利用系数

根据气候条件选取,风速为3.4～5.4米/秒,η=0.7～0.8。

⑸设计风速

应采用区内主要作物关键需水期设计日喷灌时间内平均风速的多年平均值,根据红旗农场气象资料,作物需水期平均风速为4米/秒。

⑹设计灌水周期

根据实际运用情况,确定灌水周期T=7天。

⑺喷灌工作制度

①计算灌水定额

参照表4-1,选择一次灌水定额为37.5毫米(25立方米/亩)。

②每日净喷灌时间

根据国家标准GB85-85中规定,结合农场实际情况,为充分发挥喷灌机效率,每日净喷灌时间确定为t=16小时。

③喷头组合间距的确定

喷头的组合间距不仅直接受喷头射程的制约,同时也受到喷灌系统所要求的喷灌均匀度和喷灌区土壤允许喷灌强度的限制。

初步选定喷头喷嘴口径为7×3.1毫米,喷头射程R为18米,流量为3.5立方米/小时,喷头工作压力为250千帕。

确定喷头组合间距为18×18米,即同一根支管上喷头间距为18米,支管间距为18米。

④喷头在一个喷点上的喷洒时间

t=abm/1000q

式中:

a---喷头间距,a=18米;

b---支管间距,b=18米;

m---设计灌水定额,m=37.5毫米;

q---喷头流量,q=3.5立方米/小时。

计算得:t=3.47

⑤喷头每日可工作的喷点数

n=tr/(t+ty)

式中:

tr---喷头每日喷灌作业时间,tr=16小时;

ty---每次移动、拆装和启闭喷头的时间,ty=0。

计算得:n=4.61个,取n=4.5个

⑥支管轮灌方式的确定

为减少干管管径,方便人工搬移支管,采用干管两侧的支管轮流往返作业。

⑦确定支管上的喷头数和支管根数

根据试算结果,确定喷头间距18米,支管间距18米,喷头流量3.5立方米/小时。所选管道及喷头满足要求。

⑷喷灌系统设计流量的推求

Q=np•q/ηc

经计算计算得:当np=13时,Q=47.9立方米/小时。

当np=9时,Q=33.2立方米/小时。

⑸喷灌用水量计算

Wm=m0A/ηc

式中:

m0---设计灌水定额,取m0=25立方米/亩;

A---作物喷灌面积,A=2700亩;

ηc---输水利用系数,ηc=0.95。

计算得:Wm=71053立方米

⑹单台机组控制面积

①当np=13时,

A0=0.252×0.018×1500×4.5×7=214.33(亩)

确定A0为200亩。

②当np=9时,

A0=0.18×0.018×1500×4.5×7=153.09(亩)

确定A0为150亩。

⑺机组台数确定

根据地块大小确定,通过计算确定机组台数共计14台。

⑻喷灌系统设计水头

H=Zd-Zs+hs+hp+Σhf+Σhj

hf=S0QmL,S0=f/db

通过计算管道沿程水头损失和局部水头损失设计扬程为123.19米。

⑼确定动力机和水泵

根据工程设计情况,选择沈阳潜水泵200QJ(R)50-120/8型号,流量范围35～60立方米/小时,扬程工况范围97.6～144米,配带电机功率为25千瓦,共需14台套。

4 结论

该节水示范项目工程总投资为128.42万元,项目实施后区内种植苗木、马铃薯,增加收入51.37万元,从国民经济计算指标看,当社会折现率取12%时,经济内部收益率 22.66%大于12%,经济净现值为142.48大于0,经济效益费用比1.62大于1。该项目社会效益较好,经济效益显著,增加种植户的收入,促进区域经济发展,构建和谐社会。项目已于2002年实施并投入运行,设备选型适合项目区自然条件,运行状况良好,已初见成效。建议受益单位在运行管理期间加强设备的管理维护,使其发挥最大的效益。