摘要：根據(jù)地形條件及實(shí)際情況，干管沿山脊布置，支管垂直于等高線布置，此時支管水力計算應(yīng)滿足支管上各毛管進(jìn)口的工作水頭要求，因此，支管的水頭損失應(yīng)根據(jù)地面高差和支管進(jìn)口工作水頭大小確定，并根據(jù)確定支管管徑。

　　關(guān)鍵詞：果園　微噴灌　規(guī)劃　設(shè)計

　　1　基本情況

　　微噴灌是通過低壓管道系統(tǒng)，以小的流量將水噴灑到土壤表面進(jìn)行局部灌溉，微噴灌的特點(diǎn)是灌水流量小，一次灌水延續(xù)時間較長，灌溉周期短，需要的工作壓力較低，能夠較精確地控制灌水量，能把水和養(yǎng)分直接輸送到作物根部附近的土壤中去。

　　果園位于廣東省電白縣大衙鎮(zhèn)，種植荔枝，樹齡在3～7年左右。規(guī)劃13.3 hm2的微灌工程，于1996年10月建成。果園最高處高程為94.91 m，坡面比較均勻，高差在8～21 m之間，土壤為砂壤土，含有機(jī)質(zhì)少，透水性較大，保水保肥能力較差。水源利用1996年初打的一口深25 m的水井，流量為25 m3/h，可連續(xù)抽水4～6 h，果場已有380V動力線，變壓器容量為10 kVA。

　　2　規(guī)劃設(shè)計方案

　　荔枝基本沿等高線種植，每行樹布置一條毛管，毛管沿等高線布置，毛管間距等于果樹行距，即6.0 m。沿毛管在每兩棵樹中間布置一個微噴頭，微噴頭間距與荔枝樹株距相等，即4.5 m，微噴頭用Φ4 mm微管與毛管連接，微管長1.0 m，用插桿固定在地面上。

　　根據(jù)地形條件，干管沿山丘的脊線布置，由首部樞紐A點(diǎn)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線布置，并盡量向兩側(cè)毛管供水，毛管平行等高線布置，見圖1。

　　圖1　微灌工程規(guī)劃圖

　　規(guī)劃設(shè)計參數(shù)為：南方果樹的濕潤比P≥0.35，設(shè)計灌水均勻度Cu=95%，灌水有效利用系數(shù)η=0.9，設(shè)計日耗水強(qiáng)度Ea=2.71 mm/d。

　　3　微噴灌溉制度設(shè)計計算

　　3.1　一次灌水量計算

　　微噴灌設(shè)計一次灌水量用(1)式計算

　　M=0.1 rh(Wd-Wo)P　　　　　　　　　　　　　　　(1)

　　式中　M──灌水定額,mm;

　　r──土壤容量，砂質(zhì)壤土r=1.37 g/cm3;

　　h──灌水濕潤深度，取h=0.5 m;

　　Wd──土壤田間最大持水量，Wd=22%;

　　Wo──設(shè)計含水量下限，Wo=0.6 Wd=13.2%;

　　P──土壤溫潤比，P=2×5/(4.5×6)=0.37。

　　M=0.1×1.37×50×(22-13.2)×0.37

　　=22.3 (mm)

　　3.2　設(shè)計灌水周期

　　T=M/Ea

　　22.3/2.71=8.23 (d)

　　取T=8d

　　3.3　一次灌水延續(xù)時間

　　t=MStSr/(η水nqd)

　　(2)

　　式中　t──一次灌水延續(xù)時間,h;

　　St──果樹株距,m;

　　η水──灌水有效利用率，取η水=0.9;

　　qd──微噴頭流量，qd=60 L/h;

　　n──灌水器數(shù)量，n=1個/株。

　　t=22.3×4.5×6/0.9×1×60)=11.15 (h)

　　取t=11(h)

　　3.4　輪灌組數(shù)目

　　每天工作時間取C=8 h，則輪灌組數(shù)目

　　N=CT/t=8×8/11=5.8 (組)

　　取N=6 (組)

　　為了使每個輪灌組灌水時水泵出水量基本相等，壓力比較均勻，縮小管徑，降低工程投資，根據(jù)實(shí)際支管情況，將各輪灌組的分組情況劃分見表1。

　　表1　輪灌分組表　　　　　　　　　　單位：m3/h

　　組

　　支管

　　流量

　　合計

　　組

　　支管

　　流量

　　合計

　　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　微灌系統(tǒng)管網(wǎng)水力計算

　　4.1　毛管水力計算

　　4.1.1　毛管水力計算參數(shù)

　　本工程采用全圓折射式微噴頭，已知灌水器流態(tài)指數(shù)X=0.5，微灌系統(tǒng)設(shè)計流量偏差qv=0.2，灌水器設(shè)計工作水頭hd=0.1 MPa，設(shè)計流量q=60 L/h。

　　4.1.2　灌水器設(shè)計允許工作水頭偏差率

　　4.1.3　毛管最大出水孔數(shù)

　　取Nm=10(孔)

　　4.1.4　毛管設(shè)計最大長度

　　Lmax=NmS+S0

　　=10×4.5+4.5/2

　　=47.25(m)

　　根據(jù)實(shí)際地形和管道布置情況，實(shí)際最大毛管長度L=42.5 m

　　4.1.5　毛管進(jìn)口壓力h0計算

　　毛管沿樹行平行于等高線布置，灌水器最大工作壓力水頭在毛管進(jìn)口處第一個出水口處。

　　h0=h1+ka(Nqd)mSo-JSo

　　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、支管水力計算

　　4.2.1　干管ASW水力計算

　　根據(jù)地形條件和管網(wǎng)布置情況，第一輪灌組離首部樞紐二級加壓泵最遠(yuǎn)，流量Q12=11.4 m3/h，W點(diǎn)地面高程為94 m，如果支管進(jìn)口水頭等于毛管進(jìn)口設(shè)計水頭，那么只要在W點(diǎn)管道內(nèi)有滿足毛管進(jìn)口水頭ho的工作水頭，其他毛管的進(jìn)口水頭均能滿足要求。干管ASW沿程水頭損失按勃拉休斯公式計算。

　　hfAW=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水力計算

　　在第一輪灌組中，向支1、支2兩條支管同時供水，其流量為Q=19.56 m3/h，干管AFL全長La1=205 m，A點(diǎn)與L點(diǎn)地面高程差為97.7-83.1=14.6 m。

　　干管AFL管徑為

　　DAL=(KQ1.75L/ΔH地)-4.75

　　=(8.4×104×19.561.75

　　×205/14.6)-4.75

　　=56.7(mm)

　　由于干管ASW和干管AFL所需要的工作水頭有差別，而且兩條干管在A處平衡，所以A點(diǎn)處提供的工作水頭遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過干管AFL的沿程水頭損失，所以選用干管AFL的管徑D=50 mm，滿足要求。

　　hfAL=8.4×104D1.75L/Q4.75

　　=8.4×104×19.561.75×205/504.75

　　=26.7(m)

　　4.2.3　首部二級加壓泵揚(yáng)程計算

　　首部地面高程ZA=97.7 m，W點(diǎn)地面高程Zw=94.0 m，干管ASW沿程水頭損失hfAW=17.36 m，毛管進(jìn)口水頭ho=15.0 m，考慮首部樞紐中各種管道、管件和過濾器水頭損失Σhj=8.0 m，首部樞紐水泵揚(yáng)程為

　　HAW=ho+Σhj+hfAW-ΔZ

　　=15+8+17.36(97.7-94)

　　=36.66 (m)

　　干管AL沿程水頭損失hfAL=26.7 m，L點(diǎn)地面高程為Z=83.1 m，首部樞紐水泵揚(yáng)程為

　　HAL=ho+Σhj+hfAL-ΔZ

　　=15+8+26.7-(97.7-83.1)

　　=35.1(m)

　　可見，第一組最大揚(yáng)程為36.66 m，就能滿足要求，其他各輪灌組所需的揚(yáng)程和流量經(jīng)過計算，結(jié)果見表2。

　　表2　各輪灌組設(shè)計揚(yáng)程計算結(jié)果表

　　輪灌組

　　1

　　2

　　3

　　4

　　5

　　6

　　流量(m3/h)

　　39.54

　　38.58

　　37.02

　　31.62

　　37.26

　　38.46

　　揚(yáng)程(m)

　　36.66

　　37.08

　　32.85

　　32.64

　　26.60

　　30.55

　　從表2計算結(jié)果中可知，最大流量為第1輪灌組，最大揚(yáng)程為第2輪灌組，因此滿足第1輪灌組的流量和第2輪灌組的壓力，即可滿足其他輪灌組的要求。

　　4.2.4　首部樞紐水泵電機(jī)選擇

　　根據(jù)輪灌組最大流量Q=39.54 m3/h，揚(yáng)程H=37.08 m，選擇型號為IS80-65-160型節(jié)能單級單吸清水離心泵，H=32～45 m，Q=50～25 m3/h，由安微寧國工業(yè)泵廠生產(chǎn)。

　　電機(jī)為三相異步電動機(jī)，型號為Y132-2″,功率N=7.5 kW，由西安電機(jī)廠生產(chǎn)。

　　4.2.5　支管進(jìn)口工作水頭計算

　　由于輪灌時各組的流量大小不相同，水泵揚(yáng)程也不同，各支管的進(jìn)口工作水頭需按水泵揚(yáng)程進(jìn)行復(fù)核計算，確定是否需要在支管進(jìn)口設(shè)置調(diào)壓裝置。

　　首部樞紐出水口A點(diǎn)工作水頭確定：

　　蓄水池平均設(shè)計水位為97 m，水泵軸線安裝高程為98 m，首部樞紐地面高程為97.7 m，輪灌組的流量在31.62～39.54 m3/h之間，由水泵性能曲線可知，水泵的揚(yáng)程在39～42.5 m之間變化，現(xiàn)以39 m為各次輪灌時水泵的計算揚(yáng)程。

　　A點(diǎn)處的水頭為

　　HA=H揚(yáng)-Δh首-ΔZ

　　=39-8-(98-97)

　　=30 (m)

　　灌水時各支管進(jìn)口工作水頭計算：

　　輪灌時各支管進(jìn)口的工作水頭與輪灌組的輸水流量、管道沿程水頭損失及地面高程有差別，關(guān)系較大，現(xiàn)均以A點(diǎn)為計算起點(diǎn)，各支管進(jìn)口的工作水頭為

　　H支=HA-ΣΔH±ΔH地

　　ΔH=hf+hf

　　取hj=0.1 hf

　　現(xiàn)計算第1輪灌組，干管AL同時向支1、支2供水。

　　管段水頭損失

　　HfkL=8.4×104×7.21.75×5/504.75

　　=0.1(m)

　　ΔHkL=1.1 hfkL

　　=1.1×0.1

　　=0.1(m)

　　支管2進(jìn)口處的工作水頭為

　　H支2=HA-ΣΔH+ΔH地

　　=39-(29.32+0.1)+(98-82.5)

　　=25.08(m)

　　其他支管進(jìn)口工作水頭計算方法相同，計算結(jié)果見表3。

　　表3　支管進(jìn)口工作水頭計算結(jié)果　　　　　　　　　(單位：m)

　　管段

　　AK

　　KL

　　AP

　　PW

　　AI

　　IJ

　　AR

　　RU

　　AG

　　GH

　　AQ

　　工作水頭(H支)

　　24.58

　　25.08

　　41.82

　　24.46

　　25.72

　　27.77

　　32.03

　　23.34

　　37.04

　　36.84

　　45.37