膜下滴灌節(jié)水灌溉示范項目工程設計方案

膜下滴灌節(jié)水灌溉示范項目工程設計方案1.1總體設計1.1.1水源工程利用項目區(qū)內(nèi)原有42眼機電井（烏克鎮(zhèn)29眼，石寶鎮(zhèn)13眼）作為水源，實施節(jié)水灌溉。單井出水量為30－50m3/h，總動力為554kw，可供水能力100.8萬m3/年，供水流量1578m3/h。1.1.2節(jié)水工程本次節(jié)水項目分烏克鎮(zhèn)東河（Ⅰ區(qū)），下灘（Ⅱ區(qū)），石寶鎮(zhèn)園房子（Ⅲ區(qū)），二楞灘（Ⅳ區(qū)）。四個區(qū)全部采用膜下滴灌節(jié)水灌溉方式，種植作物為馬鈴薯。Ⅰ區(qū)利用深井17眼，新建滴灌17處，發(fā)展節(jié)水灌溉面積3400畝；Ⅱ區(qū)利用深井11眼，大口井1眼，新建滴灌12處，發(fā)展節(jié)水灌溉面積3043畝；Ⅲ區(qū)利用深井7眼，新建滴灌7處，發(fā)展節(jié)水灌溉面積1600畝；Ⅳ區(qū)利用深井6眼，新建滴灌6處，發(fā)展節(jié)水面積2000畝。1.1.3水資源供需平衡分析1.1.1.1項目區(qū)地下水資源概況1）、地下水資源量項目區(qū)高效節(jié)水灌溉水源全部為地下水，因此水資源供需平衡計算只考慮地下水。本項目集中連片開發(fā)烏克鎮(zhèn)東河行政村、烏克行政村和石寶鎮(zhèn)紅山子行政村。地下水資源評價區(qū)確定為石寶鎮(zhèn)坤兌灘和烏克鎮(zhèn)烏克。評價區(qū)地下水主要由大氣降水入滲補給和平原區(qū)側向補給。采用《內(nèi)蒙古達茂聯(lián)合旗水資源評價》（水利部牧區(qū)水利科學研究所）計算成果，根據(jù)降水、蒸發(fā)、水文測流，地下水長觀，抽水試驗等實測資料計算有關參數(shù)，用類比法或經(jīng)驗參數(shù)確定各計算分區(qū)的計算參數(shù)，用類比法或經(jīng)驗參數(shù)確定各計算分區(qū)的計算參數(shù)，采用水均衡方法計算得出評價區(qū)石寶鎮(zhèn)坤兌灘為558.75萬m3和烏克鎮(zhèn)烏克為712.11萬m3，地下水資源總量為1270.86萬m3。2）、地下水可開采量地下水可開采量是在不引起生態(tài)環(huán)境惡化條件下，通過經(jīng)濟合理、技術可行的措施，允許從含水層中獲取的最大水量。根據(jù)水資源可持續(xù)利用，合理開發(fā)、優(yōu)化配套、節(jié)約保護的原則，確定評價區(qū)地下水可開采量為945.48萬m3，其中石寶鎮(zhèn)坤兌灘為447萬m3，烏克鎮(zhèn)烏克灘為498.48萬m3，地下水開發(fā)利用率坤兌灘為80%，烏克灘為70%。1.1.1.2評價區(qū)現(xiàn)狀水資源供需平衡分析1）、現(xiàn)狀用水量評價區(qū)現(xiàn)狀用水主要是作物灌溉用水和人畜飲水兩項，無其它用水，根據(jù)評價區(qū)人畜飲水數(shù)量及現(xiàn)有灌溉面積，計算出現(xiàn)狀用水量為652.03萬m3/年，其中生活用水量為10.79萬m3/年，牲畜飲水量為1.24萬m3/年，灌溉用水量為640萬m3/年，具體計算成果見表居民生活年用水量計算表區(qū)域人數(shù)（人）標準（L/d）用水量（m3/d）日變化系數(shù)年用水量（萬m3/年）坤兌233865151.971.34.27烏克357665232.441.36.52總計591465384.411.310.79牲畜年用水量計算表區(qū)域數(shù)量（頭）標準（L/d）用水量（m3/d）日變化系數(shù)年用水量（萬m3/年）坤兌6943020.821.30.58烏克7803021.41.30.66總計14743044.221.31.24農(nóng)田灌溉用水量計算表區(qū)域水源井數(shù)（眼）面積（畝）灌溉定額（m3/畝）用水量（萬m3）坤兌灘1449367320299.74烏克16510633320340.26總計309200003206402）、現(xiàn)狀工程可供水量根據(jù)《內(nèi)蒙古達茂聯(lián)合旗水資源評價》（水利部牧區(qū)水利科學研究所）計算成果，評價區(qū)地下水可開采量為945.48萬/m3。評價區(qū)現(xiàn)有機電井337眼，其中灌溉機電機309眼（項目區(qū)范圍內(nèi)42眼，項目區(qū)以外267眼），人畜飲水水源井28眼。現(xiàn)狀工程年可供水量741.6萬m3。3）、現(xiàn)狀水資源供需平衡分析地下水資源供需平衡計算表單位：萬m3區(qū)域地下水可開采量工程可供水量需水量余缺水量生活用水牲畜飲水灌溉用水合計余（+）缺（—）坤兌灘447316.94.270.58299.74304.5912.31烏克498.48424.76.520.66340.26347.4477.26總計945.48741.610.791.24640652.0389.57由上表可知，項目區(qū)現(xiàn)狀用水量小于地下水可開采量和工程可供水量，現(xiàn)狀年工程可供水量與需水量相比余89.57萬m3，地下水資源供需是平衡的。1.1.1.3評價區(qū)設計水平年水資源供需平衡分析本規(guī)劃水源工程全部利用評價區(qū)內(nèi)原有42眼機電井實施節(jié)水灌溉，故不再進行設計水平年水資源供需平衡計算。1.1.4規(guī)劃設計標準 (1)《微灌工程技術規(guī)范》SL103-95；(2)《農(nóng)田灌溉水質標準》GB5084-2005；(3)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》GB50288-1999；(4)《節(jié)水灌溉工程技術規(guī)范》GB/T50363-2006。1.1.5規(guī)劃設計參數(shù)根據(jù)微噴灌工程相關設計標準，結合項目區(qū)的實際情況，本工程設計參數(shù)選取如下：(1)日耗水強度Ea：5.0mm/d，根據(jù)項目區(qū)所處地區(qū)的的自然條件和灌溉試驗資料，設計作物耗水強度為5.0mm/d。(2)土壤濕潤比P：75%。(3)灌溉水利用系數(shù)η：0.95。(4)灌水流量偏差：20%。(5)計劃濕潤層深z：40cm。1.1.6毛管（滴灌帶）的選擇根據(jù)項目區(qū)土壤質地、作物需水特性及毛管布置方式，一管一行，滴灌帶鋪設間距為90cm，選用流量1.8L/h，滴孔間距30cm，工作水頭10m，管徑16mm，壁厚0.2mm的滴灌帶。1.1.7灌溉制度的確定1.1.7.1節(jié)水灌溉制度設計馬鈴薯是項目區(qū)種植的主要農(nóng)作物，根據(jù)本地種植經(jīng)驗和有關需水資料，確定馬鈴薯日蓄水量=5.0mm/d。遇特殊年份可根據(jù)作物的實際生長情況適當增減灌水次數(shù)，確保作物正常生長。設計灌溉定額見下表設計灌溉定額計算作物作物需水量（m3/畝）有效降雨量（m3/畝）缺水量（m3/畝）凈灌溉定額（m3/畝）毛灌溉定額（m3/畝）節(jié)水灌溉定額（m3/畝）馬鈴薯2401081321321761541.1.7.2灌溉定額和灌水周期根據(jù)作物、土壤、氣候等條件合理確定作物每次的灌水量、灌水周期和全生育期灌水量。其宗旨是最大限度滿足作物對土壤水分的要求，并使土壤水分始終處于作物生長的最佳狀態(tài)。(1)設計毛灌水定額m式中：m－設計毛灌水定額，mm；－土壤容重，g/cm3；－計劃濕潤土層濕度，m；－設計土壤濕潤比，%；－適宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，%），一般為田間最大持水率的100%；－適宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，%），一般為田間最大持水率的80%；－灌溉水利用系數(shù)。設計中，選擇的參數(shù)值為：＝1.45g/cm3，＝0.40m，＝75%，=23%，＝0.95。=0.1×1.45×0.40×75×（100-80）×23%/0.95=21mm。設計灌水定額為21mm，換算為14m3/畝。(2)灌水周期TT=（m毛/Ea）×式中：T－灌水周期，d；m毛－毛灌水定額，mm；Ea－日耗水強度，mm；由前面計算及已知參數(shù)可知，m毛=21mm，Ea=5mm，=0.95，則：T=（m毛/Ea）×=（21/5）×0.95=1.99（d）。灌水周期為1.99d，取4d。(3)一次灌水延續(xù)時間t式中：t－一次灌水延續(xù)時間，h；－滴頭間距，m；－毛管間距，m；－滴頭設計流量，L/h。此次滴灌設計=0.3m，=0.9m，q=1.8L/h，即一次灌水延續(xù)時間為2.98h，本次設計選取為1.0h。1.7.1.3滴灌灌溉制度設計根據(jù)計算的灌水定額和灌溉定額，確定灌溉制度，見下表。滴灌設計灌溉制度灌溉形式作物生育期灌水定額（m3/畝）灌水次數(shù)灌溉定額（m3/畝）滴灌馬鈴薯苗期141154蔓生期2結蕾期2開花期2塊根形成期2成熟期21.2典型設計項目區(qū)以7號井為例，單井出水量50噸/小時，典型田塊長600米，寬300米，進行馬鈴薯膜下滴灌的技術設計。1.2.1首部樞紐首部主要設備有施肥罐、網(wǎng)式過濾器及DN110逆止閥等，地埋管道最低處設排水閥。滴灌灌溉系統(tǒng)首部設有逆止閥、排氣閥、壓力表、水表，水嘴、過濾器、施肥罐。過濾器作用是將水中的固體大顆粒、藻類、漂浮物沉淀過濾，防止這些污物進入滴灌系統(tǒng)堵塞滴頭或在系統(tǒng)中形成沉淀。過濾器有沉淀池、攔污柵、離心過濾器、砂石過濾器、篩網(wǎng)過濾器、疊片過濾器等，各種過濾器可以在首部樞紐中單獨使用，也可以根據(jù)水源水質情況組合使用。根據(jù)項目區(qū)水中固體砂顆粒含量很少的情況，過濾設備采用4"離心式過濾器，過流量50m3/h。施肥罐的作用是使易溶于水并適于根施的肥料、農(nóng)藥、化學藥品等在施肥罐內(nèi)充分溶解，然后再通過滴灌系統(tǒng)輸送到作物根部，便于作物吸收，充分發(fā)揮肥效，同時減少肥料浪費。本系統(tǒng)選用容積為100升的施肥罐。1.2.2毛管（滴灌帶）的選擇根據(jù)目前國內(nèi)市場上滴灌帶的種類和水利性能，以及對各廠家滴灌帶的應用調查，考慮項目區(qū)土壤質地、作物需水特性及毛管布置方式，一管一行，滴灌選擇邊縫式滴灌帶，滴灌帶直徑D為16mm，滴頭工作壓力為10m，滴頭間距為0.3m，毛管布置間距為0.9m，滴頭流量qd為1.8L/h。1.2.3管材選擇選取PVC管作為灌溉系統(tǒng)干管輸水管道，壓力為0.63MPa，支管采用PE黑管。1.2.4管網(wǎng)布置按照作物的種植方式，以節(jié)能及運行管理最方便為原則，滴管采用豐字型布置，主干管埋入地下，支管和毛管布置于面上，便于灌溉系統(tǒng)的管理、維修。系統(tǒng)采用三級管道布置，即干管、支管、毛管。如圖7號井所示。①干管：為避免熱脹冷縮和冬季凍害，干管為地埋管道，采用聚氯乙烯φ110mm直徑的PVC硬塑料管，每根管長8m，一端擴口，兩管采用承插方式連接，膠圈止水。干管總長為450m，呈東西方向布置。為防止管道破裂、限制管網(wǎng)工作壓力在設計工作壓力范圍之內(nèi)，管槽開挖根據(jù)《滴灌工程設計圖集》及當?shù)貙嶋H，溝槽斷面為梯形，下口寬為管道外徑加0.3，即下口取0.5m，上口寬取1.0m。管槽開挖深度根據(jù)當?shù)貙嶋H情況確定為1.0m，為便于施工棄土堆放在溝槽一側0.3m以外。②分干管：分干管采用聚氯乙烯φ110直徑的PVC硬塑料管，均呈豎向布設，共布設分干管4條，每條長250m，分干管間距150m，共1000m。③支管：支管采用聚乙烯φ63PE管，每根分干管上布置6根支管，典型地塊共設置24條支管，總長度2400米，每條支管設置獨立閘閥。支管全部與分干管平行布設，且緊靠分干管，與分干管的連接采用三通。④滴灌帶：是直接向作物施水的設備，是滴灌系統(tǒng)中最關鍵的部件，其作用是把末級管道中的壓力水流均勻而穩(wěn)定地分配到田間土壤，滿足作物對水分的需要，還可隨水施肥施藥。設計選用的φ16邊縫式滴灌帶，滴灌帶垂直于支管兩側呈魚骨式布置，即與種植方向相同。每條支管上布設55條滴灌帶，每條長75米，典型地塊共有滴灌帶2640條，總長198000米。滴灌帶直接與支管接通，每條滴灌帶上不設球閥，即同一支管上所有滴灌帶同時工作，每條滴灌帶的間距為0.9m，滴灌帶上每隔0.3m設滴頭一個，滴頭流量1.8L/h，工作水頭為10m。⑤支管及滴灌帶為地面移動管道，為防止管材管件的丟失及損壞，每到冬季支管及滴灌帶應及時收起妥善保存。停泵或冬季不用時，為防止管道沖砂水和秋季積水凍害，在管道末端的最低處設排水井。1.2.5典型小區(qū)毛管最大允許鋪設長度1）、小區(qū)允許的最大水頭差計算小區(qū)內(nèi)滴頭最大水頭和最小水頭：hmax=(1+0.62qv)1/xhdhmin=(1-0.38qv)1/xhd式中：hmax——滴頭最大水頭，m；hmin——滴頭最小水頭，m；qv——流量偏差率,取0.2；x——流態(tài)指數(shù)，取0.5；hd——額定壓力，取10m。計算得hmax=12.6m，hmin=8.5m。小區(qū)內(nèi)滴頭最大水頭差[Δh]=hmax-hmin=12.6-8.5=4.1m。毛管分配的水頭差[Δh]毛＝0.55[Δh]=0.55×4.1=2.255m，支管分配的水頭差[Δh]支＝0.45[Δh]＝0.45×4.1＝1.845m。2）、小區(qū)毛管最大允許鋪設長度毛管水頭損失：hf=1.1×8.4×104×L×F×Q1.75/D4.75式中：hf——毛管水頭損失，m；L——毛管的長度，取75m；F——多口系數(shù)，取0.361；Q——毛管流量，取0.45m3/h；D——毛管外徑，取16mm。根據(jù)地形形狀，毛管布置的長度為75m，經(jīng)計算，此時毛管水頭損失hf=1.18m<[Δh]毛＝2.255m。則是合理的。1.2.6干管、支管設計流量1)、支管設計流量每個支管的流量均為：Q支=每條滴灌帶的流量×滴灌帶的條數(shù)=75×1.8L/0.3×50/0.9=25m3,即每條系統(tǒng)支管PE63mm設計流量為25m3/h。2)、干管設計流量每次只灌溉2個小區(qū)，開2個控制閥門，則干管流量為50m3/h.1.2.7管網(wǎng)水力計算1）、毛管流量及水頭損失的計算：Q毛＝n滴qd式中：Q毛——毛管（滴灌帶）進口流量，L/h；n滴——毛管上滴頭的個數(shù)。75米滴灌管有250個滴頭。其中，Q毛＝250×1.8＝450（L/h）計算水頭損失:hf=1.1×8.4×104×L×F×Q1.75/D4.75毛管內(nèi)徑D=15.6mm，F(xiàn)（多孔系數(shù)）＝0.35，L=75米毛管水頭損失為：ｈf＝0.35×1.1×8.4×104×75×0.451.77/15.64.77＝1.2m2）、支管管徑及水頭損失計算：根據(jù)微灌用聚乙烯微灌管規(guī)格，并考慮到便于輔管與支管的連接，支管擬選用Φ63PE黑管，其計算內(nèi)徑d＝62.1mm。此時，支管實際水頭損失應為：ｈf支＝8.94×104×L×F×Q1.77/D4.77＝0.361×8.94×104×25×251.77/62.14.77=0.67m支管進口水頭ｈ支=1.2+0.67+10=11.87m。3）、干管水頭損失計算：管徑計算公式：D=13×Q0.5式中：D——設計管徑，mm；Q——管道設計流量，m3/ｈ。計算得分干管管徑為100.70mm，考慮最不利因素，選擇UPVC110mm，其計算內(nèi)徑d＝103mm，則沿程水頭損失：ｈf分干＝0.948×105×L×Q1.77/D4.77其中，L＝224m將數(shù)據(jù)代入公式中，得：Q分干＝42m3/hｈf分干＝0.948×105×501.77×90米/104.64.77=2m局部水頭損失可按沿程水頭損失的10％考慮,即：Hw分干＝0.1hf分干＝0.2m干管總的水頭損失為：2＋0.2＝2.2m干管進口水頭ｈ分干=11.87+2.2=14.07m4）系統(tǒng)設計水頭H計算與水泵選型根據(jù)《微灌工程技術規(guī)范》(SL103-95)，微灌系統(tǒng)設計水頭H按下式計算：Ｈ＝Ｚp－Ｚb＋ho＋Σhf1+Σhf2＋Σhω式中：Ｈ——系統(tǒng)或某級管道的設計水頭，m；Ｚp——典型毛管進口的高程，m；Ｚe——系統(tǒng)水源的設計水位或某級管道的進口高程，m；機井穩(wěn)定動水位經(jīng)測定為35m，樞紐地面與毛管進口間的高差為0m，則：Ｚp－Ｚb＝35＋0＝35m;ｈ0——滴頭最小工作水頭，m；本設計中ｈ0＝8.5m；Σｈf1——系統(tǒng)或某級管道進口至典型毛管進口的管道沿程水頭損失，m；Σｈf2——泵管水頭損失為8m;Σhω——系統(tǒng)或某級管道進口至典型毛管進口的管道局部水頭損失，m。取首部過濾系統(tǒng)的水頭損失之和為10m。系統(tǒng)總揚程為：H=76.8m，流量為50m3。因此，選擇200QJ50-78潛水泵。5）管徑校核為擴大工程的適應性，管網(wǎng)的干、支、輔、毛各級管道管徑按經(jīng)驗公式計算，計算管徑和選取管徑見表各級管徑校核計算表管道流量（m3/h）計算管材內(nèi)徑（mm）雙壁厚（mm）設計管徑（mm）干管49.590.77.0110分干管49.590.77.0110支管24.75571.063毛管0.4510.060.4166）各級管道流量推算⑴單根毛管設計流量單根毛管流量等于單滴頭流量乘以滴頭總數(shù)，即：Q毛=N·q=250×1.8=0.45(m3/h)即單根毛管的總流量為0.45m3/h。式中：q－滴頭流量，1.8L/h；N－毛管的滴頭數(shù)，為毛管總長度÷滴頭間距。⑵支管設計流量：a、支管連接55根滴灌帶Q單支＝Q毛·N＝0.45×55＝24.75（m3/h）式中：N－支管上毛管的數(shù)目N=55條；Q毛－單根毛管總流量。⑶分干管設計流量：Q分干管＝Q單支·N＝24.75×2＝49.5（m3/h）N－每條分干管上一次工作的支管數(shù)目N=2條；Q分干－分干管的總流量。⑷干管設計流量：Q干=Q分干=49.5（m3/h）7）田間布置根據(jù)計算管段流量進行典型地塊的管道布置，單支管控制面積布置圖，見下圖。滴灌區(qū)典型地塊工程布置圖滴灌區(qū)典型地塊工程布置圖支管控制面積布置圖支管控制面積布置圖8）輪灌制度的確定根據(jù)滴灌系統(tǒng)的布置，為保證系統(tǒng)各級管道安全穩(wěn)定運行，故需將系統(tǒng)劃分輪灌組。典型設計地塊共有一根干管4根分干管，每根分干管共布設12根支管，支管共計48條。每根支管布設55條毛管。灌溉時同時開啟2根支管的2個閘閥，典型地塊共布置24個輪灌組。運行時，每次灌水時間為3小時，即3小時可完成一個輪灌組。按照每天工作18小時計算，一天可以完成6個輪灌組的灌水定額，4天可完成全部24組輪灌區(qū)，即一個灌溉周期為4天。1.2.8工程量7號井膜下滴灌材料統(tǒng)計清單序號名稱規(guī)格單位數(shù)量備注系統(tǒng)首部1電潛泵200QJ50-78套12過濾系統(tǒng)離心+網(wǎng)式4"套13施肥罐100L個14逆止閥與過濾器配套個15蝶閥與過濾器配套個16排氣閥與過濾器配套個17壓力表與過濾器配套套28配套連接件鋼管、彎頭、法蘭、螺絲等批1地面系統(tǒng)1球閥2"個482陽螺紋承插直通Φ63×2"個483膠圈個4鋼卡個5PE管材Φ63米240050米/盤6PE承插直接Φ63個357按扣三通Φ16個23338直通Φ16個8