高效农业节水灌溉项目建设实例分析

高效农业节水灌溉项目建设实例分析摘要：本文在总结了国内外先进节水灌溉技术的基础上，根据当地经济、社会状况和施工条件省情，因地制宜的选取了当前国内、国外比较先进的节水灌溉技术，并在灌溉制度设计、水源供给方式、供水管网布置及灌溉系统选型与布置方面进行了简单的说明，对节水灌溉技术的设计与应用有一定的指导意义。

关键词：节水灌溉设计原则设计方案一工程概况江西省高效农业节水示范基地建设，确定实施范围为江西省农科院园艺所用于科研与生产的果园和旱地，实施面积共280亩。

为改变其现有的陈旧落后的水利灌溉现状，充分高效地利用水资源，示范基地建设实施方案设计根据区域内种植的各种果树、作物的生长、生育需水要求，运用国内外先进的喷灌、微灌技术对区域内种植的各种果树、作物进行灌溉。

同时，运用自动控制技术，通过对各果树、作物生长、生育适宜的土壤含水率指标进行测控，实现灌溉、施肥等一体化的全自动控制，并建立友好人机监控界面及现场实景监视系统，使示范基地建设进入国内先进行列。

示范基地建设内容主要包括：水源工程、灌溉系统及管网工程、自动控制系统工程。

二工程内容及设计方案1 水源工程（1）水源选择由于示范基地附近没有满足基地要求、可供灌溉的地表水水源，根据基地现用水水源状况，结合水文地质勘察成果，确定园艺所现有3座管井地下水作为示范基地供水水源。

（2）水源水质分析江西省中环岩土工程勘察院对示范基地地下水的水质检测报告表明，该处地下水水质各项指标满足GB5084《农田灌溉水质标准》的规定要求，达到一类农灌水标准。

（3）水量平衡计算1）灌溉用水量计算①节水灌溉方式选择基地规划实施节水灌溉面积280亩，主要种植作物有柑橘类、枇杷、杨梅、李、桃、梨、枣、石榴、柿、葡萄、猕猴桃、大棚作物、苗圃、花圃等二十多个果树树种，一百多个品种。

根据不同品种果树及作物的生长、生育需水规律，分别采用了滴灌、雾灌（微喷灌）、根区导灌节水灌溉方式。

②灌溉制度设计为降低灌溉管网造价，减少水源工程费用投入，示范基地将采用分片区轮灌形式，分区不宜太多，否则给运行管理带来不便，同时亦会增加墒情采集仪监测探头费用，本设计根据作物分布位置及采取的灌水方式，共分8个片区进行轮灌，即：I、II、III、IV、V、VI、VII 、VIII。

③设计灌溉强度根据《喷灌工程技术规范》GBJ85-85及《微灌工程技术规范》SL103-95：灌溉强度=灌水定额/日净灌时间④灌溉流量计算灌溉流量（m3/h）=灌水定额（m3/hm2）*灌区面积（亩）/15*设计灌溉时间（小时）2）水量平衡分析根据上文各计算公式进行计算可得出，在果树、作物需水旺期，经各区轮灌排列组合，轮灌需最大流量发生在Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ区组合时，所需灌溉流量为102.95m3/h，考虑5%的管网漏损，需供流量为108.37 m3/h，而园艺所现有管井可供流量达139m3/h。

显而易见，在设计分区轮灌的灌溉制度下，园艺所目前开采的地下水量不仅能够满足灌溉用水要求，灌溉保证率100%，并且可以兼顾生活用水（居民60人，按每人每天200升计，考虑时变化系数为2.1，生活流量为1.05 m3/h）。

同时，老水塔也可以并入管网，继续供水。

但上述管井装机运行年限已到，维修频繁，为保证供水正常，必须更换水泵。

（4）供水方式比选考虑示范基地属丘陵缓坡地，地势变化不大，最大高差在8米之内，故设立变频系统的必要性不大，经方案的技术经济比较，本设计选择设立高位水塔转供方式。

（5）高位水塔示范基地属丘陵缓坡地，地势变化不大，最大高差在8m之内，拟新建一高位水塔供灌溉用水。

经计算灌溉所需设计水头，确定有效高度（水箱底）为25m，水箱有效容积为100 m3，水箱倾角为45度。

水塔采用钢筋砼倒锥壳结构，建于地势较高处，园艺所原高位水塔（100m3）专供生活用水。

根据地勘资料基础持力层地基承载力为160kpa，水塔所需地基承载力经验算为150kpa，满足要求。

２灌溉系统及管网工程（1）灌溉系统选型与布置1）Ⅰ、Ⅱ区喷灌系统的选型与布置Ⅰ、Ⅱ区喷灌系统选择固定式管道喷灌系统，系统生产效率高，运行管理方便，运行成本低，工程占地少，有利于自动化控制及综合利用。

①喷头选型，喷头选用PY110型。

②喷头布置：为满足喷灌均匀系数Cu≥75%的要求，根据规范要求，喷头布置采用矩形，布置间距按主导风速1.6～3.4m/s考虑查表选取，具体布置：喷头垂直主导风向布置，间距a取1.0R，R为喷头射程，即a=12.5米；安装喷头支管平行风向布置，间距b取1.2R，R为喷头射程，即b=15米。

2）Ⅲ、Ⅳ区滴灌系统的选型与布置滴灌系统采用固定式。

①滴头选型，滴头选择管上式压力补偿滴头。

②滴头布置，根据果树株、行距布置，滴头布置树蔸下，成绕树状。

3）Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ区雾灌（微喷灌）系统的选型与布置Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ区雾灌（微喷灌）系统采用固定式。

①雾化喷头（微喷头）选型，雾化喷头选择倒扣式。

②雾化喷头（微喷头）布置：Ⅵ、Ⅶ区雾化喷头（微喷头）按果树株、行距布置，每株果树安装雾喷头，取0.5个，即每两株果树间布置雾化喷头（微喷头）1个。

依此推算，Ⅷ区（花卉、苗圃区）雾化喷头按矩形布置。

4）Ⅴ区根区导灌系统的选型与布置Ⅴ区根区导灌系统系统采用固定式。

①导灌器选型，选择单流道导灌器。

②导灌器布置：Ⅴ区导灌器按果树株、行距布置，每株果树安装导灌器，取3个，即每株果树周围布置导灌器3个。

（2）管网计算与布置1）设计流量计算设计依据GBJ85-85《喷灌工程技术规范》、SL103-95《微灌工程技术规范》，对支（毛）管、干管设计流量进行计算。

经轮灌排序分析，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ区组合轮灌时，干管转输流量最大，转输流量为108.37m3/h。

因此，干管经济管径按第Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ区组合轮灌时的流量查表确定。

2）水头损失计算分别计算各片区轮灌所需水头损失，取最大值为设计水头，经计算，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ区组合轮灌时，所需水头最大，设计水头为24.88m。

确定高位水塔箱底离地面高度为25.0m。

3）管网布置干、支管网呈树状分布。

干管沿道路（或机耕道）布置，埋深0.5m；支管垂直于作物种植行布置，埋深0.3m，喷灌竖管垂直安装于支管上，高2.7m；毛管顺作物布置，埋地0.3m；滴头、根灌导灌器对称均匀布置于毛管上；雾化喷头通过微灌软管与毛管相连，且雾化喷头、微灌软管和连接件安装于0.4m高的支架上。

4）控制房根据自控及墒情系统需要新建控制房，砖混结构，长6.0m，宽3.6m，高3.4m；基础为砖砌条形基础；屋面板为钢筋砼结构，防水采用三毡四油；控制房外墙粉刷橙色涂料。

（3）水泵选型1#与2#井距离比较接近，所需水泵工况基本接近，经计算，安装水泵所需扬程为54.42m。

3#井距离水塔较1#、2#井近，所需水泵扬程为49.24m。

综上计算分析，确定3口井所需水泵工况均按扬程60m，流量50m3/h进行选型设计。

本次设计选择潜水泵，其具有结构简单、体积小、重量轻、移动灵活、安装维修方便、运转安全可靠、高效节能等特点。

潜水泵型号为175QJ50-60/5。

3 自动控制系统工程为减少管理者的劳动强度，同时，便于基地建立科学高效的灌溉制度，示范基地将实现灌溉、施肥等一体化全自动控制，通过对作物最适宜生长、生育的土壤含水率指标的测控以及空气温度湿度、降雨，风向风速，蒸发等参数的监控，确定灌水时间、灌水强度。

通过对高位水塔的水位测控，连锁水泵运行状态，达到节省费用的目的。

控制系统中心将建立人机友好控制界面，并安装户外摄像设备，随时实现工艺流程、现场实景显示。

在2km范围内，可用遥控器发布灌溉和停灌命令。

另外，全自动控制系统同时具备现场手动功能。

整个系统由中央控制，小型气象站，南面控制区，北面控制区，水塔水位控制器，遥控中心所构成，它们之间通过RS-485总线联接。

在设计过程中，始终以系统的可靠性和先进性为原则，实现整个控制系统的自动化。

三节水灌溉类项目必须注意以下几个方面：（1）注重基础资料收集主要包括地形、地貌、气象、土壤等资料的收集，具体要求有：①地形资料：应有标明灌区位置、边界、海拔和水源、道路、房屋及动力线路等位置的地形图。

②气象资料：应有灌区气温、日照、降雨、蒸发量等资料。

③土壤资料：应有灌区土壤类别、土层厚度、容重、土壤持水能力等资料。

④作物资料：应有灌区各种作物的种植比例、轮作情况及农作物种植耕作现状资料，并应重点了解各种作物现行的灌溉条件。

⑤水源资料：应有水源属性(个人或集体)、种类、位置、水质、含沙情况、水位、供水能力、利用和配套情况等资料。

⑥环境条件：应有行政区划界线、生产管理制度、交通和供电状况等资料。

（2）科学确定建设标准建设标准的高低直接影响到投资额的大小，标准确定主要依据有灌区面积、筹资情况及管理水平等，通过总结、分析，建议：①高标准：灌区面积≥500亩适用，配置中控室、小型气象站、摄像监测系统、墒情监测点等设施，具备全过程无人管理功能，可有效实现灌溉、施肥等一体化自动控制，高精度灌溉，节水、节工效果好。

②中标准：500亩＞灌区面积≥100亩适用，与高标准相比，不配置小型气象站、摄像监测系统等设施，具备全过程无人管理功能，可有效实现灌溉、施肥等一体化自动控制，但灌溉精度、节水、节工效果较高标准要差。

③低标准：灌区面积＜100亩适用，不配置中控室、小型气象站、摄像监测系统、墒情监测点等设施，采用人工控制节水灌溉，投资较省，但灌溉精度较低，且节水、节工效果要差。

（3）注重节水模式选择节水模式直接影响到节水效果的好坏，选择依据主要有灌区作物种类、水源水质、土壤性质及地形等，根据我省省情具体情况，推荐以下3种：①低压管道节水模式：适用于引、提水灌区，可减少输、配水沿程渗漏和蒸发，提高水的利用效率，一般比土渠输水节水25%-30%。

②微喷节水模式：包括滴灌、微喷（雾灌）、涌泉灌三种类型。

应用范围广泛，适用于各种地形、土质下作物的灌溉，具有节水、节肥、节工、促进作物品质、提高产量等优点，比一般地面灌溉节水30％—70％。

③喷灌节水模式：适应各种不同复杂地形，节水效果较微喷模式差，一般在30%～50%之间，但对作物生长的小气候环境有较好的改善作用。

（4）正确布置官网系统主要考虑灌区地形、水源情况及造价等因素，经技术经济比较，择优选定。

一般应遵循以下几点原则：①管网布置应使管道总长度最短、管径小、造价低，并有利于水管防护；②管道的纵剖面应力求平顺，减少折点；③供水泵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；④应考虑各用水单位的需要，方便管理，有利于组织轮灌和迅速分散流量；⑤支管一般应与作物种植方向垂直，丘陵坡地的支管一般应沿等高线布置；⑥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。