微喷灌溉技术在大棚灌溉系统中的设计应用.doc
微喷灌溉技术在大棚灌溉系统中的设计应用点击:603 日期:2012-11-7 15:01:12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=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40UPVC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32PE黑管,微喷头与毛管之间采用直径4mmPE管相连接。 3 微喷灌溉制度的确定3.1 设计灌水定额 I=(Fd- Wo) Z P式中:I:一次灌溉用水量,mm; :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/q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; :灌溉水利用系数,=0.9; q:灌水器(微喷头)流量(l/h),取40 l/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32PE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20 m; 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40UPVC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63PVC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90PVC管材,则干管内径d=84mm,干管水头损失计算如下: h干=kf Q干m/ db L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。8 / 8