果园微喷灌系统规划与设计

果园微喷灌系统规划与设计

论文作者：邹战强

摘要：微喷灌技术是主要的节水灌溉技术之一，果园应用微喷灌越来越多，微喷灌系统应如何进行规划设计，才能达到要求，本文就此问题进行研究探讨。

关键词：果园微喷灌规划设计

1基本情况

微喷灌是通过低压管道系统，以小的流量将水喷洒到土壤表面进行局部灌溉，微喷灌的特点是灌水流量小，一次灌水延续时间较长，灌溉周期短，需要的工作压力较低，能够较精确地控制灌水量，能把水和养分直接输送到作物根部附近的土壤中去。

果园位于广东省电白县大衙镇，种植荔枝，树龄在3～7年左右。规划13.3 hm2的微灌工程，于1996年10月建成。果园最高处高程为94.91 m，坡面比较均匀，高差在8～21 m 之间，土壤为砂壤土，含有机质少，透水性较大，保水保肥能力较差。水源利用1996年初打的一口深25 m的水井，流量为25 m3/h，可连续抽水4～6 h，果场已有380V动力线，变压器容量为10 kV A。

2规划设计方案

荔枝基本沿等高线种植，每行树布置一条毛管，毛管沿等高线布置，毛管间距等于果树行距，即6.0 m。沿毛管在每两棵树中间布置一个微喷头，微喷头间距与荔枝树株距相等，即4.5 m，微喷头用Φ4 mm微管与毛管连接，微管长1.0 m，用插杆固定在地面上。

根据地形条件，干管沿山丘的脊线布置，由首部枢纽A点起沿山脊向北布置APS干管和向南布置AFL干管，支管沿山坡垂直于等高线布置，并尽量向两侧毛管供水，毛管平行等高线布置，见图1。

图1微灌工程规划图

规划设计参数为：南方果树的湿润比P≥0.35，设计灌水均匀度C u=95%，灌水有效利用系数η=0.9，设计日耗水强度E a=2.71 mm/d。

3微喷灌溉制度设计计算

3.1一次灌水量计算

微喷灌设计一次灌水量用(1)式计算

M=0.1 rh(W d-W o)P(1)

式中M──灌水定额,mm；

r──土壤容量，砂质壤土r=1.37 g/cm3；

h──灌水湿润深度，取h=0.5 m；

W d──土壤田间最大持水量，W d=22%；

W o──设计含水量下限，W o=0.6 W d=13.2%；

P──土壤温润比，P=2×5/(4.5×6)=0.37。

M=0.1×1.37×50×(22-13.2)×0.37

=22.3 (mm)

3.2设计灌水周期

T=M/E a

22.3/2.71=8.23 (d)

取T=8d

3.3一次灌水延续时间

t=MS t S r/(η水nq d)

(2)

式中t──一次灌水延续时间,h；

S t──果树株距,m；

η水──灌水有效利用率，取η水=0.9；

q d──微喷头流量，q d=60 L/h；

n──灌水器数量，n=1个/株。

t=22.3×4.5×6/0.9×1×60)=11.15 (h)

取t=11(h)

3.4轮灌组数目

每天工作时间取C=8 h，则轮灌组数目

N=CT/t=8×8/11=5.8 (组)

取N=6 (组)

为了使每个轮灌组灌水时水泵出水量基本相等，压力比较均匀，缩小管径，降低工程投资，根据实际支管情况，将各轮灌组的分组情况划分见表1。

表1轮灌分组表单位：m3/h

组支管流量合计组支管流量合计

1 支1

支2

支14

支22

12.36

7.2

8.58

11.4

39.54 4

支7

支8

支18

9.24

6.0

16.38

31.62

2 支3

支4

支16

支20

9.1

10.62

6.54

12.24

38.58

5

支10

支11

支19

14.52

13.14

9.6

37.26

3 支5

支6

支15

支17

6.24

9.66

9.96

11.16

37.02

6

支9

支12

支13

支21

7.86

11.40

4.74

14.46

38.46

4微灌系统管网水力计算

4.1毛管水力计算

4.1.1毛管水力计算参数

本工程采用全圆折射式微喷头，已知灌水器流态指数X=0.5，微灌系统设计流量偏差q v=0.2，灌水器设计工作水头h d=0.1 MPa，设计流量q=60 L/h。

4.1.2灌水器设计允许工作水头偏差率

4.1.3毛管最大出水孔数

取N m=10(孔)

4.1.4毛管设计最大长度

L max=N m S+S0

=10×4.5+4.5/2

=47.25(m)

根据实际地形和管道布置情况，实际最大毛管长度L=42.5 m＜L max=47.25 m，满足设计要求。

4.1.5毛管进口压力h0计算

毛管沿树行平行于等高线布置，灌水器最大工作压力水头在毛管进口处第一个出水口处。

h0=h1+ka(Nq d)m S o-JS o

h1=(1+0.62×0.2)1/5×10+8.4×10-4

×601.696×2+1.34×10-5×602

=14.43 (m)

α=1.006×10-5×1.2-(0.123Lg1.2+4.88)

=4.1×10-6

m=1.753(D/2.5)0.018

=1.753(1.2/2.5)0.018

=1.73

K=1.1

h0=14.43+1.1×4.1×10-6×(10×60)1.73

×2-0×4.5/2

=15.01(m)

4.2干管、支管水力计算

4.2.1干管ASW水力计算

根据地形条件和管网布置情况，第一轮灌组离首部枢纽二级加压泵最远，流量Q12=11.4 m3/h，W点地面高程为94 m，如果支管进口水头等于毛管进口设计水头，那么只要在W点管道内有满足毛管进口水头h o的工作水头，其他毛管的进口水头均能满足要求。干管ASW 沿程水头损失按勃拉休斯公式计算。

h fAW=8.4×104×Q1.74L/D4.75

=8.4×104×［(19.981.75×84+11.41.75×

64)/504.75+11.41.75×192/654.75

=17.36 (m)

4.2.2干管AFL水力计算

在第一轮灌组中，向支1、支2两条支管同时供水，其流量为Q=19.56 m3/h，干管AFL 全长L a1=205 m，A点与L点地面高程差为97.7-83.1=14.6 m。

干管AFL管径为

D AL=(KQ1.75L/ΔH地)-4.75