滴灌典型设计实例(水科院)-葛岩

滴灌工程设计培训讲义辽宁省水利水电科学研究院2013年1月21滴灌概述滴灌是通过安装在毛管上的滴头、孔口或滴灌带等灌水器将有压水和养分均匀地滴入作物根区附近土壤中的灌水形式。1.1滴灌主要技术特点（1）省水：滴灌是一种可控制的局部灌溉。滴灌系统又采用管道输水，灌水均匀，减少了渗漏和蒸发损失。在作物生长期内，比地面灌省水40％～60％。（2）省肥：肥料可做到适时、适量随水滴灌到作物根系部位，易被作物根系吸收，且肥料无挥发、无淋失，提高肥料利用率30%以上。（3）省农药：水在管道中封闭输送，避免了水对病虫害的传播。另外，地表无积水，田间地面湿度小，不利于滋生病菌和虫害。因而除草剂、杀虫剂用量明显减少，可省农药10%～20%。（4）省地：由于田间全部采用管道输水，地面无常规灌溉时需要的农渠、中心渠、毛渠及埂子，可节省土地5%～7%。（5）省工和节能：地面灌时，打毛渠、挖土堵口，劳动强度大。采用滴灌后，只观测仪表、操作阀门，劳动强度轻，田间人工作业（包括浇水、锄草、施肥、修渠、平埂、病害治理等）和中耕机械作业等大大减少，人工管理定额大幅度提高。（6）局部压盐碱：滴灌向土壤中不断补充净水，农膜阻止了土壤中水分的蒸发，将土壤中部分水分提升到地表所形成的湿润区内，有一个脱盐区，（利于幼苗成活及作物生长）和集盐区。（7）有较强的抗灾能力：作物从出苗起，得到适时、适量的水和养分供给，生长健壮，抵抗力强。同时能够及时调节小气候，具有一定抗御干旱和干热风的能力。（8）增产：由于科学调控水肥，水肥耦合效应好，土壤疏松，通透性好，充分利用水、肥、土、光、热、气资源，使作物生长条件优越，作物普遍增产15%～50%。各种作物均进行缩行增株，提高种植密度。以玉米为例：采用常规灌，播种密度4000-4500株/亩，采用滴灌，播种密度5000-6000株/亩。（9）品质、质量提高：滴灌营造了良好的生长和环境条件，因而，不但产量高，3而且品质好。1.2滴灌技术的适用条件（1）适宜推广的地区：最适宜应用于地面蒸发量大的干旱、半干旱而又具备一定灌溉水源的地区。也适宜季节性缺水的地区，在理念上应把滴灌系统作为灌溉设备和施肥设备，如果只作灌溉设备用，那就是浪费了50%的投资。（2）适宜应用的作物：凡需要灌溉的作物都适宜应用滴灌技术。在棉花，番茄、葡萄、辣椒、玉米、小麦、瓜果类等作物的应用效果都很好，但在使用中应该注意作物的轮作倒茬问题。（3）适宜的生产规模和管理方式：由于滴灌需要管网或渠系供水，应该条田连片，并且在一个灌溉系统内，要作到统一种植、统一作物、统一滴水、统一施肥、统一管理。（4）适宜的设备和政策支持：需供应质量有保证、价格经济的滴灌器材和周到的技术服务保障。领导重视、政策支持、做好规划、加强示范、大力宣传、通力合作，均是必要的保证。2滴灌系统组成与主要设备滴灌系统一般由水源工程、首部枢纽、输配水管网、灌水器及控制、量测和保护装置等组成，见图2-1。图2-1滴灌系统组成结构图2.1水源工程滴灌系统的水源可以是机井、泉水、库水、江河、湖泊、池塘等，但水质必须符4合灌溉水质的要求。其水源工程一般指为取水而修建的拦水、引水、蓄水、提水和沉淀工程以及相应的动力、输配电工程等。2.2首部枢纽滴灌系统的首部枢纽包括动力机、水泵、施肥（药）装置、过滤设施和安全保护及量测控制设备。其作用是从水源取水加压并注入肥料（农药）经过滤后，按时、按量输送进管网，担负着整个系统的驱动、量测和调控任务，是全系统的水、肥、压力、安全等的控制调配中心。常用的动力机主要有电动机、柴油机、拖拉机以及其它一些动力输出设备，但首选电动机。动力机在滴灌系统中起着重要作用，是整个滴灌系统的能量来源。滴灌常用的水泵主要有潜水泵、离心泵等，如果水源的自然水头(由高位水池、压力水管提供)满足滴灌系统流量和压力要求，则可省去水泵及相应的动力，采用自压。施肥(药)装置包括施肥(药)罐、文丘里施肥器、注射泵施肥装置、施肥箱等，其作用是将适于根施且速溶于水的肥料、农药、除草剂、化控药品等在施肥(药)装置中充分溶解，然后再通过滴灌系统输送到作物根部。过滤设备是用来对滴灌用水进行过滤，提供合格的水质，防止各种污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。过滤设备有拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等。当水源为河流和水库水质时，需建沉淀池。各种过滤设备可以在首部枢纽中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。量测、控制和保护设施是为了保证滴灌系统的正常安全运行而在系统首部枢纽中设置，如压力与流量量测仪表(如水表、压力表等)、各种控制与保护的阀门(如闸阀、逆止阀、安全阀、进排气阀等)和调节装置，其中有些设备还需用到管网系统中。安全保护装置用来保证系统在规定压力范围内安全工作，消除管路中的气阻和真空等。滴灌系统首部结构示意见下图。52.3输配水管网输配水管网的作用是将首部枢纽处理过的有压水流按照要求输送分配到每个灌水单元和灌水器，沿水流方向依次为干管、支管（辅管）、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。管网包括干管、支管（辅管）、毛管及所需的连接管件和控制、调节设备。毛管是滴灌系统中最末一级管道，直接为灌水器提供水量。支管是向毛管供水的管道，在这一环节中，有时仅布设支管，有时增设多条与支管平行的辅助支管（简称辅管），每条辅管上布置多条（对）毛管。此时，支管通过辅管向毛管供水，对轮灌运行、提高灌水均匀度起到很好的作用。干管是将首部枢纽与各支管连接起来的管道，起输水作用。由于滴灌系统的大小及管网布置不同，组成管网的级数也有所不同。2.4滴灌带滴灌带是滴灌系统中最关键的部件，是直接向作物施水肥的设备。其作用是利用滴头的微小流道或孔眼消能减压，使水流变为水滴均匀地滴入作物根区土壤中。常见的滴灌带有单翼迷宫式、内镶贴片式、压力补偿式等。滴灌带选型应考虑以下因素：（1）作物种类和种植模式：不同作物需水不同，不同种植模式要求不同。如条播植物，要求带状湿润土壤，湿润比大。作物不同株行距，对滴头流量、间距要求也6不同。（2）土壤性质：对于粘性土适宜选用流量小的滴头，对于重壤和中壤土，滴头流量不大于3L/h；对于砂土宜选用流量大的滴头，以扩大浸润面积，减少渗漏损失。（3）工作压力及范围：滴头都有其适宜的工作压力和范围，根据系统需要，因地制宜地选用工作压力。（4）流量压力关系：一般选用流态指数小的灌水器对提高均匀度有利，但有时流态指数小的灌水器流道尺寸也小，或流道尺寸长，抗堵性能差，应综合考虑。（5）灌水器价格：滴灌中，滴管带用量较大，要选用性价比高的滴管带，杜绝选用价格低、质量差的滴管带。2.5控制及保护装置滴灌系统控制设施一般包括各种阀门，如闸阀、球阀、蝶阀、流量与压力调节装置等，其作用是控制和调节滴灌系统的流量和压力。一般有压力表、水表等。保护设施用来保证系统在规定压力范围内工作，消除管路中的气阻和真空等，一般有进(排)气阀、安全阀、逆止阀、泄水阀、空气阀等。滴灌常用阀门作用与安装位置表阀门名称作用安装位置闸阀或蝶阀控制、调节在首部枢纽中水泵出口或跟干管进口处球阀控制、调节过滤器的冲洗口与排污口、施肥罐的进出水口、支管进口处进排气阀可以进气、排气，防止气阻或负压安装在系统最高处逆止阀防止倒流水泵出口处安全阀消除水锤压力安装于输水干管上3膜下滴灌工程设计参数（1）灌溉设计保证率。随着降雨量及分配的变化，各年灌溉水量不同，根据历年降雨资料，用频率计算方法进行统计分析，确定不同程度的干旱年份作为设计的依据。滴灌设计保证率应根据自然条件和经济条件确定，一般不低于85%。（2）灌溉水利用系数。指灌到田间可被作物利用的水量与水源处引进的总水量的比值，要求应不低于0.9。7（3）系统日工作小时数。根据工程运行经验，机井供水不宜超过22小时/每天；地表水或需要实行连续供水的，也不宜超过22小时/每天，剩余时间为停机故障和系统检修时间。（4）流量偏差率。同一灌水小区内灌水器的最大、最小流量之差与设计流量的比值，是目前滴灌工程设计中反映设计灌水均匀度的指标，用qv表示。4系统设计工作制度滴灌系统通常有续灌、轮灌、随机供水灌溉三种配水方式。在确定系统工作制度时，应考虑种植作物、水源条件、经济状况、农户承包及管理方式等，合理确定。全系统续灌时，系统内全部管道同时供水，对设计灌区内所有作物同时灌水，因而系统流量大，增加工程投资，设备利用率低，所以全系统续灌多用于较小的滴灌系统。较大的滴灌系统，其灌水方式往往是已同时开启的数条（对）毛管为一个基本灌水单元，也即灌水小区，运行时它们按轮灌分组依次轮流受水；对于基本灌水单元上游的各级管道，一般是上一级管道向下一级管道配水时，下一级管道轮流受水，这是目前大田滴灌系统中普遍采用的一种轮灌工作制度。随机供水灌溉适合于一个系统包含多个承包农户、种植多种作物的形式。对于采用轮灌方式配水的滴灌系统，目前应用较多的轮灌方式有以下两种：（1）辅管轮灌方式。每条支管上布置有若干条辅管，以一条辅管控制的灌溉范围为基本灌水单元。系统运行时，每次开启该轮灌组内的每条支管上的一条或多条辅管，该辅管上的毛管同时灌水。这样系统流量分散，操作灵活。（2）支管轮灌方式。支管上不设辅管，以一条支管控制的灌溉范围为基本灌水单元，一条或多条支管构成一个轮灌组。每个轮灌组运行时，该轮灌组内的支管上所有毛管全部开启。一个轮灌组灌水完成后开启下一个轮灌组内的支管，关闭前一个轮灌组内的支管。此种轮灌方式水量相对集中，管理方便。轮灌组的划分对系统投资影响较大，同一轮灌组内的地块集中连片，运行管理方便，但流量集中、管路投资较高；若地块过于分散，管路投资可减小，但又导致管理不便。轮灌组划分应注意以下事项：（1）各轮灌组面积和流量相近。（2）重视土地承包与管理方式，方便农户操作和管理。8（3）轮灌组中各灌水小区相对集中，按一定的顺序编组。（4）同一轮灌组中的种植作物相同。滴灌典型设计实例（供参考）1项目区概况（1）地理位置该典型区位于**乡**村，总面积3000亩，距离市区45km，交通便利。东：41°52'29.40，120°26'39.93南：41°52'11.56，120°26'2.84西：41°52'29.85，120°25'46.82北41°52'38.19，120°26'14.36，项目区所在地海拔381.5m。（2）气候该区域属暖温带半湿润的大陆性季风气候，多年平均降雨量为474.7mm，多年平均气温为8.7℃，最大冻土层深度为1.3m。（3）水文地质境内地下水主要受气候和水文地质条件影响，水位埋深深浅不一，一般河流各地段水位埋深2-6m，坡地8-10m，山地10-30m不等，地下水质较好，一般为重碳酸钙钠水和重碳酸钙镁水，矿化度在0.5mg/l左右，PH值在6.5-7之间。项目区内机井出水量在30-60m3/h之间，水源动水位在20m。（4）地形和土壤项目区属于低山丘陵区，地型东北高，西南低，典型区位于河谷地带地势比较平坦。项目区内土壤类型可分为褐土、棕壤、草甸土3大类11个亚类，褐土是境内的主要地带性土壤，分布较广，占境内总土壤面积的85%，棕壤土分布面积较少占8%，草甸土壤占7%。该项目区土壤性质以棕壤土和褐土为主，土壤腐殖质较厚，土壤通透性好，土层厚度在55-150cm之间，土壤PH值为7.1-8.2。土壤田间最大持水率28%，土壤干密度为1.45g/cm3-1.52g/cm3。9（5）社会经济状况**乡现有人口17557人，2010年人均收入7515元，粮食作物以玉米为主，种植结构比较单一。项目区灌溉主要模式为大水漫灌，费时、费水、费工、费用高。项目区大部分地区处于雨养农业状态。（6）节水灌溉现状项目区共22个乡镇，灌溉面积32.3万亩，有效灌溉面积26.36万亩，其中地下水有效灌溉面积22.9万亩，主要是井灌区管灌。地表水有效灌溉面积3.406万亩，主要靠方塘蓄水和自流引潜灌渠灌溉。（7）种植模式与种植结构区域内以种植玉米为主，种植模式为密植大垄双行，垄距为1.2m，宽行距0.8m，窄行距0.4m，株距为0.3m，亩均种植