阜蒙县他本镇张家洼村果树微喷工程设计研究

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摘要 通过工程实例，介绍了果园灌溉工程内容与规模，并针对果园现状及存在的问题，详尽说明了果树微喷设计与自动化控制系统设计要点，指出了微喷模式设计具有节省运行管理资源、精确控制灌溉、节水增产等优点，可为类似工程提供经验和参考。

关键词 果树；微喷；管网；自动控制

中图分类号 S275.5 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）22-0191-01

1 项目区概况

果树微喷工程位于辽宁省阜蒙县他本扎兰镇张家洼村，距阜新市中心10.5 km。地处北温带大陆性季风区，多年平均降水量480 mm，春季干旱少雨、多风、蒸发量大，夏季燥热雨量集中，秋季短促降温快，光照充足，有利于农作物生长，年平均气温为7.1～7.6 ℃，平均风速1.9 m/s，多年平均日照时数2 868 h，多年平均蒸发量1 789.8 mm。

果园总面积30 hm2，边界呈较为规则的矩形。东西长1 500 m，南北宽200 m。园内地势平坦，地面高差小于50 cm，坡度1/500。园内种植果树25 000余株，种植品种为苹果梨。果树株距3 m，行距4 m。

园内果树灌溉的水源主要来自地下水。该区地下水为孔隙潜水，含水层厚5～12 m，正常地下水埋深6～8 m。果园内有3眼机电井，单井出水量30 m3/h左右。果园内土壤为砂壤土和砂土，有机质含量1.0%左右，田间最大持水率达16%～20%，土壤干密度为1.45～1.59 g/cm3。

2 果园现状及存在的问题

果园内现有一些水利工程设施，具备一定的基础。供电设施完备，高、低压线路齐全，并配有3台变压器。有3眼机电井，原设计井深12 m，单井出水量30 m3/h，每眼井设计控制灌溉面积11.3 hm2左右。当地果农修建和使用过微喷工程，有一定的实践经验。目前，果园存在以下问题：

（1）由于阜新地区近年持续干旱，造成当地水位下降和水资源日益紧缺。果园内原有的3眼机电井淤积严重，井深不足10 m。目前出水量已远远达不到设计出水能力。

（2）微灌设备和器材破坏严重，无法正常使用，大部分需要重新配套。管材、管件丢失现象严重，管道系统到处漏水，果树灌溉不能有序进行，灌水方式混乱，运行效果不佳。

（3）移动支管布置过稀，微喷头布置数量过少。现行设备仅50%配有微喷头。群众浇水期间任意移动、折卸、弯曲支管，致使干管与移动支管连接处、微喷头与移动支管连接处存在严重的跑水、渗水、漏水现象，首部闸阀处也存在漏水问题，致使运行压力上不去，不能正常运行[1]。

3 工程内容及规模

（1）工程规模。工程总面积33.33 hm2，东西长1 500 m，南北宽200 m。由分布在果园内的3眼机电井控制。机电井位于果园南部边界，每眼井间隔500 m，将果园分成3块独立的灌水单元，单井控制面积10 hm2。在单井控制灌水区单元内，由机电井出发，向北布置PVC地埋干管，管径63 mm，管长100 m；然后向东西两侧双向分出PVC地埋分干管，分干管各长125 m；在分干管末端向两侧再引出地面PE支管，管径63 mm，管长125 m；与地面支管垂直，沿树行南北双向安装毛管，毛管管径25 mm，毛管长100 m；在毛管上每3 m安装1个微喷头，即每棵树1个微喷头[2-3]。

（2）工程内容。具体如下：①首部工程。对3眼机电井进行清淤和深挖，新建井房3座，配套潜水泵3台。②管网系统建设。干管、分干管利用原有管道，新铺设地面PE支管1 500 m，PE毛管5万m，新增微喷头1.2万个。③土建工程。新建阀门井6座。④自动控制工程。设计安装微喷自动控制系统1套，铺设电缆2 000 m，安装自动控制电磁阀8个。

4 果树微喷设计

（1）微喷系统设计参数。设计土壤的湿润比43%；设计灌水均匀度为95%；灌溉水利用系数为0.9。

（2）单井控制面积校核。公式如下：

A=■

式中：A—单井可灌面积（m2）；η—灌溉水利用系数；Q井—单井出水量（m3/h）；t—每天工作时间（h）；P—设计湿润比；Ea—设计耗水强度（mm/d）；

经计算，η=0.9，Q井=30 m3/h，t=12 h，P=0.43，Ea=5 mm/d，A=150 698（m2）=15.01 hm2，满足灌溉要求。

（3）根据公式计算和当地经验，井深可确定为16 m。

（4）灌水器的选择。采用的微喷头设计流量为qb=40 L/h，设计工作压力hd=25 m，射程3.7 m。

（5）灌溉制度的确定。果树设计耗水强度根据《微喷工程技术规范》Ea取5.0 mm/d。

m=■

式中：m—设计灌水定额（mm）；γ—土壤容重（g/cm3）；h—计划湿润土层深度（m）；P—设计湿润比；？覻1、？覻2—适宜土壤含水量上下限（占干土重量百分比）（%）；η—微灌水利用系数。其中：γ=1.42 g/cm3，h=0.55 m，P=43，？覻1=90%，？覻2 =60%，η=0.9，田间最大持水量？覻max取22%；设计土壤比P为43%；经计算，m=24.6，取为25 mm。

（6）系统工作制度的确定。具体如下：①灌水周期的确定。公式如下：

T=×η

式中：T—灌水周期（d）；m—设计灌水定额（mm）；Ea—设计耗水强度（mm/d）；η—灌溉水利用系数；其中：m=25 mm，Ea=4.0 mm/d，η=0.9，经计算，T=6 d。

②系统工作时间的确定。公式如下：

t=

式中：t—一次灌水延续时间（h）；m—设计灌水定额（mm）；St—毛管间距（m）；Sr—灌水器间距（m）；η—微喷水利用系数；qd—灌水器设计流量（L/h）；其中：m=25 mm，St=4 m，Sr=3 m，η=0.9，qd=40 L/h，经计算，t=8.3 h，取8 h。

③轮灌组的划分。整个果园由3眼机电井控制，划分为3个独立灌水区。每眼井控制的灌水区内划分为8个灌水小区，整个果园划分为24个灌水小区。3眼井可同时进行灌溉。

（7）系统流量的计算。按等流量设计方法计算毛管流量：

Q毛=N×qd

式中：Q毛—毛管流量（L/h）；N—毛管上分流孔的个数（个）；qd—灌水器的设计流量（L/h）。经计算，Q毛=25×40=1 000 L/h=1 m3/h；Q支=30×1=30 m3/h；Q干=Q支=30 m3/h。

（8）典型轮灌组的选取及系统扬程的推求。按照系统工作最不利原则，选取系统流量最大，灌水器工作压力高，距离井位较远的为点型轮灌组，进行系统扬程的推求。按照勃拉修斯公式计算各级管道沿程损失，各级管道水头损失计算结果见表1。

h沿=

式中：F—多孔系数；Q—管道中的流量（m3/h）；D—管道内径（mm）；L—管道的长度（m）。

系统扬程的推求，根据各级管道总水头损失、地面高差和动水位推求系统扬程。

h扬=h喷头+h过滤器损失+h动水位+h损失

式中：h扬—水泵设计扬程（m）；h喷头—微喷头设计工作压力（m）；h过滤器损失—过滤器水头损失（m）；h动水位—机电井动水位（m）；h损失—系统管网损失（m）。

经计算，h喷头=20 m，h过滤器损失=2 m，h动水位=8 m，h扬=67.45 m，选用200QJ32-70/4型潜水泵。

5 自动化控制系统设计

工程第1眼井所控制的区域采用自动化控制，自动化控制灌溉设备包括电磁阀、电缆、首部控制柜，进行自动控制灌溉。工程共布置电磁阀8个，将示范区试验灌溉面积划分为8个控制小区，每个小区分配30条支管，灌溉控制面积1.3 hm2。自动化控制见图1。

6 结语

工程于2010年当年完工，至今运行效果良好。采用微喷模式的自动化控制灌溉系统，管理操作人员可通过手动操作控制柜上的指定按钮，来达到控制8个灌溉小区的灌溉水量，随时控制各小区的灌溉进程、灌溉水量和灌溉时间。既可以节省运行管理之中的人力和财力资源，又可以实现高效精确的灌溉控制，从而达到节水、增产的目的[4]。

7 参考文献

[1] 孟维忠，魏邦记.山地果园全自动化微灌系统设计[J].东北水利水电，2000（6）：35-36.

[2] 乔承志，宋国喜.推广节水灌溉技术 促进农业产业结构调整[J].吉林水利，2006（2）：47-48，51.

[3] 权伍福.对节约灌溉用水的几点看法[J].吉林水利，1996（9）：18.

[4] 李世英.对我国节水灌溉技术发展的几点思考[J].排灌机械，2000（1）：6-8.