微喷灌溉技术在大棚灌溉系统中的设计应用

微喷灌溉技术在大棚灌溉系统中的设计应用点击：603日期：2012-11-715:01:12李家振徐州市山区节水灌溉示范基地，徐州，2210008摘要：微喷灌溉技术是节水灌溉的主要灌溉形式，大棚灌溉采用微喷系统非常普遍，微喷技术在大棚灌溉系统中应如何进行设计应用，才能达到要求，笔者通过铜山县王庄温室大棚节水灌溉示范项目的实施，对此问题进行了研究探讨。关键词：大棚微喷灌节水灌溉应用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。该系统具有：灌溉均匀度高；施服方便；省水；适应性强；操作简单，管理方便等优点，该技术特别适合于蔬菜大棚、苗圃、花卉等灌溉。王庄温室大棚节水灌溉示范项目位于徐州市铜山县王庄村境内，整个大棚灌溉区南北长198米，东西宽190米，总面积55亩，该灌区共有日光能温室大棚36栋，主要种植蔬菜等高经济作物。大棚沿东西方向布置，每栋棚长90米，宽7米，棚内蔬菜沿南北方向种植。灌区地势平坦，土质主要为砂壤土，区内交通便利，供电有保证。考虑到大棚蔬菜灌水较为频繁，同时为方便种植和灌溉，灌区设计拟采用微喷节水灌溉技术模式。2工程设计方案2.1设计技术参数根据经验，结合当地实情，该系统设计采用如下设计参数：工程设计保证率85%；蔬菜设计日耗水量Ea=6mm/d；土地湿润比P=90%；设计灌水均匀度Cu=90%；灌溉有效利用系数η=0.9。2.2灌水器选择灌水器选用北京绿源产悬挂式微喷头。微喷头在20m工作水头时的流量为40l/h，喷头流态指数X=0.5。2.3工程规划与布置2.3.1水源及首部工程。设计灌溉水源取自灌区内的机井，水泵采用潜水电泵，进出水口主要设有闸阀、止回阀等控制保护装置。2.3.2管网布置。东西向主管道铺设长度为95m，从水源处向西沿地块中间布设；南北向支管道沿生产路东侧，对称布设在主管两侧，南北两根支管总铺设长度为176m；南北方向相邻两个大棚共用1个供水通道，即通过Φ40UPVC短管与支管相接取水。2.3.3棚内微喷灌布置。设计棚内喷头间距1.5m，行间距为2.3m，每座大棚沿东西向各布设三条毛管，单根毛管铺设长度为90m，毛管采用Φ32PE黑管，微喷头与毛管之间采用直径Φ4mmPE管相连接。3微喷灌溉制度的确定3.1设计灌水定额I=β(Fd-Wo)ZP式中：I：一次灌溉用水量，mm；β：土壤中允许消耗量，以占地土壤有效含水量的比例计，取40%；Fd：田间持水量，占土体12%；Wo:土壤凋萎含水量，占土体4%；Z：计划湿润深度，取0.3m；P：土壤湿润比，为90%。代入数据求得：I=[40×（12-4）×0.3×90]/1000=8.64(mm)3.2设计灌水周期计算T=I/Ea式中：Ea-微喷灌日耗水强度，Ea=5mm/d；T-轮灌周期，d将I、Ea值代入公式算得：T=8.64/5=1.73(d)取T=2d3.3一次灌水延续时间计算t=ISeSL/ηq式中：t：一次灌水延续时间，h；I：一次灌溉用水量（mm）,取8.64mm；Sl：毛管间距（m），取2.3m;Se：灌水器间距（m），取1.5m；η：灌溉水利用系数，η=0.9；q：灌水器（微喷头）流量（l/h），取40l/h；代入以上数据算得：t=8.64×1.5×2.3/（0.9×40）=0.83h取t=1h3.4轮灌组数的确定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，本系统设计采用轮灌工作制度。即根据实际毛管布设情况，对毛管实行分组轮流供水，即每次灌溉有2条毛管同时工作。轮灌组数计算如下：N=CT/t式中：C—每天灌溉时间，取C=9h；将以上数据代入上式，则轮灌组数目：N=9×2/1=18(组)4灌溉系统流量推算4.1毛管流量推算一条毛管的进口流量为：Q毛=qL毛/S式中：q—毛管出水口流量，q=40L/h；L毛—毛管长度，L毛=90m；S毛—毛管上出水口（微喷头）间距，S=1.5m。将以上数据代入上式，计算出各条毛管的流量为：Q毛=40×90/1.5=2400(L/h)4.2连接管、支管流量计算根据设计灌溉制度可知，1条支管仅控制1条连接管，因此其流量相同，每条支管为单向控制3条毛管（即一次灌溉一个大棚）。故Q支=Q连=3Q毛=3×2400=7200（l/h）。4.3干管流量推算干管流量Q干=2Q支=2×7200=14400(L/h)。5管网水力计算5.1毛管水力计算5.1.1毛管管径的选择根据规定，毛管选用柔性好的PE黑管。根据经验，本设计大棚微喷毛管选用Φ32PE黑管。5.1.2毛管进口水头计算毛管进口水头根据下式计算ho=hmax+ka（Nqd）mso式中：hmax-灌水器最大工作水头；s0-毛管进口到第一个出水口距离,0.75m；a-系数,a=1.006×10-5D-（0.123lgD+4.885）=0.32×10-7；L-灌水器与毛管连接管的距离,取0.3m；m=指数,m=1.753（D/2.5）0.018=1.761；k-局部损失加大系数，取1.1；s-出水口间距，1.5m；qd-微喷头流量，取40l/h；N-一条毛管出水口数量,N=60个；hd-微喷头设计工作水头,取20m；qv-流量偏差率，0.2；x-流态指数，0.5；将以上数据代入公式计算得hmax=（1+0.62qv）1/xhd+8.45×10-4qd1.696L+1.34×10-5qd2=（1+0.62×0.2）1/0.5×20+8.45×10-4×401.696×0.3+1.34×10-5×402=25.3+0.09+0.02=25.41（m）ho=hmax+Ka（Nqd）mso=25.41+1.1×0.32×10-7×(60×40)1.761×0.75=25.43(m)5.2连接管水头损失将Q棚=7.2m3/h代入经济管径计算公式，计算连接管经济管径应为：D连=13×Q棚0.5=13×7.20.5=34.9mm，故设计连接管选用Φ40UPVC管，由于连接管沿程多孔出流，其沿程水头损失用下式计算：h干=KfSqdm/db[（N+0.48)m+1/（m+1）-Nm(1-So/S)]式中：h干—等距多孔管沿程水头损失，m；S—孔口间距,m，为2.3m；So—多孔管进口至首孔的间距,m，取1.2m；N—分流孔总数，取3个；qd—单孔设计流量l/h，取2400L/h；m—流量指数，取1.77；b—管径指数，取4.77；f—摩阻系数，取0.464；d—管内径，mm，取d=36mm。把以上数据代入上式计算得：h干=1.1×0.464×2.3×24001.77/364.77×[(3+0.48)1.77+1/（1.77+1）-31.77(1-1.2/2.3)]=0.34(m)5.3干、支管水头损失计算5.3.1支管水头损失计算假定支管用Φ63PVC管，则支管内径d=58mm，用下式计算支管水头损失。h支=1.1f×Q支m/db×L式中：h支—支管水头损失，m；Q支—支管设计流量l/h，取7200L/h；m—流量指数，取1.77；b—管径指数，取4.77；f—摩阻系数，取0.464；L—支管最大长度，m，取L=95mm。把以上数据代入上式计算得：H支=1.1×0.464×74001.77/584.77×95=1.33(m)5.3.2干管水头损失计算假定干管用Φ90PVC管材，则干管内径d=84mm，干管水头损失计算如下：h干=kfQ干m/dbL式中k=1.1，f=0.464，m=1.77，b=4.77，Q干=14400L/h，L=95m。将以上数据代入上式计算得：h干=1.1×0.464×144001.77/844.77×95=0.74(米)5.4系统总扬程H总=h干+h支+h连+ho+△H+h动水位式中：H总-系统总扬程△H-水泵、吸水管及首部设备的水头损失，假定5.0m；h动水位-水源动水位,取7m代入数据得：H总=0.74+1.33+0.34+25.43+5+7=39.84(m）5.5水泵选型及动力配套根据系统扬程H总=39.84m，流量14.4m3/h，查水泵性能表，拟选用200QJ20-54/4型潜水泵，配套功率为5.5KW。6.小结工程设计方案结合实践经验，采用假设验证方法对灌溉管网管径进行了优化选型，相比传统设计方法较为简单、直观、经济。王庄大棚微喷项目在采用上述设计方案进行实施后，工程验收不仅达到了原设计要求，灌溉效果也比较理想。鉴于徐州市目前蔬菜大棚种植面积在逐年扩展，发展高效农业需要推广应用微喷等一系列先进节水灌溉技术。因此，做好项目设计优化工作尤为重要，只有抓好工程规划设计，才能保证节水灌溉工程达到设计要求和经济高效。