膜下滴灌系统的规划设计

膜下滴灌系统的规划设计2.3.1滴灌系统规划原则与内容规划是滴灌系统设计的前提，它制约着滴灌工程投资、效益和运行管理等多方面指标，关系到整个滴灌工程的质量优劣及其合理性，是决定滴灌工程成败的重要工作之一。因此，一个滴灌工程在实施之前应进行细致的研究和精心的规划。(1)规划的基本原则①滴灌工程的规划应与农田基本建设规划相结合。因此，必须与当地农业区划、农业发展计划、水利规划及农田基本建设规划相适应，特别是应与低压管道输水灌溉等灌水技术相结合统筹安排。综合考虑与规划区域内沟、渠、林、路、输电线路、水源等布置的关系，考虑多目标综合利用，充分发挥已有水利工程的作用。②近期需要与远景发展规划相结合。根据当前经济状况和今后农业发展的需要，把近期安排与长远发展规划结合起来，讲求实效，量力而行。根据人力、物力和财力，做出分期开发计划。③滴灌工程规划应综合考虑工程的经济、社会和生态效益。滴灌工程的最终用户是农民，目前我国农村经济相对落后，能否为农民带来实效应是滴灌工程建设的基本出发点。同时，为了水资源的可持续利用和农业的可持续发展，滴灌工程的社会和生态效益也是至关重要的。因此，充分发挥滴灌技术节水、节支、增效、节约劳力，提高劳动生产率，减轻农民的劳动强度，增加农产品产量，改善产品品质等优势，把滴灌的经济效益、社会效益、和生态效益很好地结合起来，使滴灌工程的综合效益最大，是滴灌工程规划的目标。(2)规划的内容①勘测收集基本资料。②论证工程的必要性和可行性。③确定工程的控制范围和规模。④选择适当的取水方式。根据水源条件，选择引水到高位水池、提水到高位水池、机井直接加压、地面蓄水池配机泵加压等滴灌取水方式。⑤滴灌系统选型。要根据当地自然条件和经济条件，因地制宜地从技术可行性和经济合理性方面选择系统形式、灌水器类型。⑥工程布置。在综合分析水源加压形式、地块形状、土壤质地、作物种植密度、种植方向、地面坡度等因素的基础上，确定滴灌系统的总体布置方案。⑦作出工程概算。(3)资料的收集①地理位置与地形资料该部分资料应包括系统所在地区经纬度、海拔高度、自然地理特征、总体灌区图、地形图，图（比例尺一般用1/1000—1/5000）上应标明灌区内水源、电源、动力、道路等主要工程的地理位置。②土地与工程地质资料包括土壤类别及容重、土层厚度、土壤PH值、田间持水量、饱和含水量、永久凋萎系数、渗透系数、土壤结构、含盐量（总盐与成份）及肥力（有机质含量、肥份）等情况和氮、磷、钾含量、地下水埋深和矿化度。③水文与气象资料包括年降水量及分配情况，多年平均蒸发量、月蒸发量、平均气温最高气温、最低气温、湿度、风速、风向、无霜期，日照时间、平均积温、冻土层深度等。④农作物资料收集灌区种植作物的种类、种植比例、株行距、种植方向、日最大耗水量、生长期、种植面积、原有的高产农业技术措施、产量及灌溉制度等。⑤水源与动力情况河流、水库、机井等均可作为滴灌水源，但滴灌对水质要求很高，选择滴灌水源时，首先应分析水源种类（井、河、库、渠）、可供水量及年内分配、水资源的可开发程度，并对水质进行分析，以了解水源的泥砂、污物、水生物、含盐量、悬浮物情况和PH值大小，以便针对水源的水质情况，采取相应的过滤措施，防止滴灌系统堵塞。其次必须调查水源平、枯、丰不同水文年的水量及机井的动静水位、现有动力、电力及水利机械设备等情况，以确定滴灌规模。⑥社会经济状况及农业发展规划方面的基本资料。2.3.2滴灌系统的布置(1)控制面积的确定设计时应该首先进行水量平衡计算，以确定合理的控制面积。水源为机井时，应根据机井出流量确定最大可能的控制面积。水源为河、塘、水渠时，应同时考虑水源水量和经济两方面的因素确定最佳控制面积，目前渠水滴灌工程一个首部控制的灌溉面积一般为66.7-133.3公顷(1000—2000亩)，根据以往设计经验，较为经济的控制面积为66.7公顷(1000亩)，最好不要超过100公顷(1500亩)，而且大多数是灌溉单一作物。①在水源供水流量稳定且无调蓄能力时，可用下式确定滴灌面积：式中：A——可灌面积，hm2；Q——可供流量，m3/h；Ia——设计供水强度，mm/d；Ia=Ea-P0Ea——设计耗水强度，mm/d；P0——有效降雨量，mm/d；t——水源每日供水时数，h/d；η——灌溉水利用系数。②在水源有调蓄能力且调蓄容积已定时，可按下式确定滴灌面积：式中：K——塘坝复蓄系数，K=1.0—1.4；η——蓄水利用系数，η=0.6—0.7；V——蓄水工程容积，m3；Ii——灌溉季节各月的毛供水强度，mm/d；Ti——灌溉季节各月的供水天数，d。(2)总体布置规划阶段工程布置主要是确定灌区具体位置、面积、范围及分区界限；确定水源位置，对沉淀池、泵站、首部等工程进行总体布局；合理布设主干管线。地形状况和水源在灌区中的位置对管道系统布置影响很大，一般应将首部枢纽与水源工程布置在一起。天业滴灌系统根据水源位置及系统规模大小，其管道一般分为四级或五级，即：干管、支管、（辅管）、毛管或主干管、分干管、支管、（辅管）、毛管。分干管布置在条田中间，支管垂直于种植方向，与分干管呈鱼骨式布置，辅管与支管平行布置，毛管垂直于辅管aIQtA10iiTIKVA10两侧呈鱼骨式布置，毛管与作物种植方向一致。干管埋入地下≥80cm，在管道起伏的高处、顺坡管道上端阀门的下游、逆止阀的上游均应设置进排气阀，管道末端设排水闸阀，可将余水排入渗井或排水渠。支管、辅管和毛管铺设于地面，支管通过出地管与干管相连，毛管铺在地膜下与播种同步进行。①灌区范围的确定根据工程建设方的要求和行政区划及土地的具体情况，结合滴灌技术的特点，选定滴灌工程的位置，并确定滴灌面积、范围及灌区的界限。②水源工程的布置沉淀池、泵站、蓄水池、首部枢纽等统称为滴灌水源工程。在布置水源工程时，一个重要的影响因素是水源的位置和地形。当有几个可用的水源时，应根据水源的水量、水位、水质以及滴灌过程的用水要求进行综合考虑。通常在满足滴灌水量、水质需要的条件下，优先选择距灌区最近的水源，以便减少输水干管的投资。在平原地区利用井水作为滴灌的水源时，应尽可能地将井打在灌区中心。蓄水和供水建筑物的位置应根据地形地质条件确定，必须有便于蓄水的地形和稳固的地质条件，并尽可能使输水距离短。在有条件的地区尽可能利用地形落差发展自压滴灌。为了节省能源可以一级或多级提水灌溉，并应经过技术经济比较确定。在需建沉淀池的灌区，可以与蓄水池结合修建。③系统首部枢纽和输水干管的布置系统首部枢纽通常与水源工程布置在一起，但若水源工程距离灌区较远，也可单独布置在灌区附近或灌区中间，以便于操作和管理。(3)管网的布置①滴灌管网布置应遵循下列原则：a符合滴灌工程总体要求，井灌区的管网宜以单井控制灌溉面积作为一个完整系统。渠灌区应根据作物布局、地形条件，地块形状等分区布置，尽量将压力接近的地块分在同一个系统。b规划时首先确定出地管、给水栓的位置。给水栓的位置应当考虑到耕作方便和灌水均匀。给水栓纵向的间距一般在100-150米之间；横向间距一般按200-300米布置；使管道总长度短，管道顺直，水头损失小，总造价低而管理运用方便，少穿越其它障碍物。c输配水地埋固定管道应尽可能布设在坚实的基础上，尽量避开填方区以及可能发生滑坡或受山洪威胁的地带。若管道因地形条件限制，必须铺设在松软地基或有可能发生不均匀沉陷的地段，则应对管道基地进行处理。d据水源和灌溉田块情况，输配水管网，一般输配水管道沿地势较高位置布置，支管垂直于作物种植行布置，毛管顺作物种植行布置。在平原地区可采用环状管网或树状管网，其各级管道应尽量采取两侧分水的布置形式；在山区丘陵地区宜采用树状管网，其主要管道应尽量沿山脊布置，以尽量减少管道起伏。地形复杂需要采用改变管道纵坡布置时，管道最大纵坡不宜超过1：1.5，而且应小于或等于土壤的内摩擦角，并在其拐弯处或直管段超过30米时设置镇墩。固定管道的转弯角度应大于90度。埋设深度一般应在冻土层深度以下，若入冬前能保证放空管内积水，则可适当浅埋。e输配水管网的进口设计流量和设计压力，应根据灌溉管道系统所需要的设计流量和大多数配水管道进口所需要的设计压力确定。若局部地区供水压力不足，而提高全系统压力又不经济，应采取增压措施，若部分地区供水压力过高，则可结合地形条件和供水压力要求，设置压力分区，采取减压措施，或采取不同等级的管材和不同压力要求的灌水方法，布置成不同的灌溉系统。在进行各级管道水利计算时，应同时验算各级管道产生水锤的可能性以及水锤压力的大小值，以便采取水锤防护措施。特别是在管道纵向拐弯处，应检查是否可能产生真空，导致管道破坏，应在管道规定压力中预留2-3m水头的余压。f输配水管网各级管道进口必须设置节制阀；分水口较多的配水管道，每隔3-5个分水口设置一个节制阀。管道最低处应设置退水泄水阀，各用水单位都应安设独立的配水口和闸阀，并应设置压力和流量装置，在水泵出口闸法的下游，压力池方水阀的下游以及可能产生水锤负压或水柱分离的管道处，应安装进气阀；在管道的驼峰处或管道最高处应安装排气阀，在水泵逆止阀的下游或闸阀的上游管道处应安装防止水锤的防护装置。g管网布置尽量平行与沟、渠、路、林带，顺田间生产路和地边布置，以利耕作和管理。h尽量利用地形落差实施重力输水。i避免干扰输油、输气管道及电讯线路等。j应尽可能发挥输配水管网综合利用的功能，把农田灌溉与农村供水以及水产、环境美化相结合，使输配水管网的效益达到最高。②管网规划布置步骤a根据地形条件分析确定管网类型。b确定给水栓和出地管的适宜位置。c按管道总长度最短原则，确定管网中各级管道的走向与长度。d在纵断面图上标注各级管道桩号、高程、给水装置、保护设施、连接管件及附属建筑物的位置。e对各级管道、管件、给水装置等，列表分类统计。③管网布置管网布置之前，首先根据适宜的地块长度和给水栓供水方式确定给水栓间距，然后根据经济分析结果将给水栓连接而形成管网。一般滴灌系统输水管网采用固定式管网，其布置形式主要采用树状管网，依据水源的种类和位置以及管网类型不同，其布置形式有如下几种。水源位于田块一侧，树状管网一般呈“一”形、“T”形、和“L”形。这三种布置形式主要适用于控制面积较小的井灌灌区，一般控制面积为10-33.3公顷(150-500亩)，如图2.3-1、2.3-2。水源位于田块一侧，控制面积较大，一般为40-100公顷(600-1500亩)。地块成方形或长方形，作物种植方向与灌水方向相同或不相同时可布置成梳齿形或丰字形，如图2.3-3所示。60120管毛管12060120毛管125120125出地管干水源支管60120管毛管12060120毛管125120125出地管干水源支管图2.3-1“一”字形布置图2.3-2“T”形布置水源位于田块中心，控制面积较大时，常采用“工”字形和长“一”字形树枝状管网布置形式如图2.3-4、2.3-5。6012012012012060125125干管毛管毛管水源出地管分干管出地管毛管分干毛管管125125支管管支6012012012012060125125干管毛管毛管出地管分干管出地管毛管分干毛管管125125支管管支水源图2.3-3梳齿形布置图2.3-4“工”形布置60120120120120125125干管毛管毛管出地管分支管干支分管毛管出地管管毛管水源12012012012060120图2.3-5长“一”形布置2.3.3系统设计参数的确定(1)基本参数①设计保证率：应根据自然条件和经济条件确定，滴灌不应低于85%。②灌溉水的利用率应不低于0.90。③设计系统的日工作小时应根据不同水源和农业技术条件确定，一般不宜大于20h。④滴头设计工作水头应取所选滴头的额定工作水头，或由滴头压力与流量关系曲线确定。灌水器的工作水头越高，灌水均匀度越高，但系统的运行费用越大。灌水器的设计工作水头应根据地形和所选用的灌水器的水力性能决定。单翼迷宫式滴灌带的工作压力最好在0.05-0.1MPa之间。⑤滴灌设计土壤湿润比（P）：设计土壤湿润比是指被湿润土