膜下滴灌节水灌溉示范项目工程设计方案

膜下滴灌节水灌溉示范项目工程设计方案1.1总体设计1.1.1水源工程利用项目区内原有42眼机电井（乌克镇29眼，石宝镇13眼）作为水源，实施节水灌溉。单井出水量为30－50m3/h，总动力为554kw，可供水能力100.8万m3/年，供水流量1578m3/h。1.1.2节水工程本次节水项目分乌克镇东河（Ⅰ区），下滩（Ⅱ区），石宝镇园房子（Ⅲ区），二楞滩（Ⅳ区）。四个区全部采用膜下滴灌节水灌溉方式，种植作物为马铃薯。Ⅰ区利用深井17眼，新建滴灌17处，发展节水灌溉面积3400亩；Ⅱ区利用深井11眼，大口井1眼，新建滴灌12处，发展节水灌溉面积3043亩；Ⅲ区利用深井7眼，新建滴灌7处，发展节水灌溉面积1600亩；Ⅳ区利用深井6眼，新建滴灌6处，发展节水面积2000亩。1.1.3水资源供需平衡分析1.1.1.1项目区地下水资源概况1）、地下水资源量项目区高效节水灌溉水源全部为地下水，因此水资源供需平衡计算只考虑地下水。本项目集中连片开发乌克镇东河行政村、乌克行政村和石宝镇红山子行政村。地下水资源评价区确定为石宝镇坤兑滩和乌克镇乌克。评价区地下水主要由大气降水入渗补给和平原区侧向补给。采用《内蒙古达茂联合旗水资源评价》（水利部牧区水利科学研究所）计算成果，根据降水、蒸发、水文测流，地下水长观，抽水试验等实测资料计算有关参数，用类比法或经验参数确定各计算分区的计算参数，用类比法或经验参数确定各计算分区的计算参数，采用水均衡方法计算得出评价区石宝镇坤兑滩为558.75万m3和乌克镇乌克为712.11万m3，地下水资源总量为1270.86万m3。2）、地下水可开采量地下水可开采量是在不引起生态环境恶化条件下，通过经济合理、技术可行的措施，允许从含水层中获取的最大水量。根据水资源可持续利用，合理开发、优化配套、节约保护的原则，确定评价区地下水可开采量为945.48万m3，其中石宝镇坤兑滩为447万m3，乌克镇乌克滩为498.48万m3，地下水开发利用率坤兑滩为80%，乌克滩为70%。1.1.1.2评价区现状水资源供需平衡分析1）、现状用水量评价区现状用水主要是作物灌溉用水和人畜饮水两项，无其它用水，根据评价区人畜饮水数量及现有灌溉面积，计算出现状用水量为652.03万m3/年，其中生活用水量为10.79万m3/年，牲畜饮水量为1.24万m3/年，灌溉用水量为640万m3/年，具体计算成果见表居民生活年用水量计算表区域人数（人）标准（L/d）用水量（m3/d）日变化系数年用水量（万m3/年）坤兑233865151.971.34.27乌克357665232.441.36.52总计591465384.411.310.79牲畜年用水量计算表区域数量（头）标准（L/d）用水量（m3/d）日变化系数年用水量（万m3/年）坤兑6943020.821.30.58乌克7803021.41.30.66总计14743044.221.31.24农田灌溉用水量计算表区域水源井数（眼）面积（亩）灌溉定额（m3/亩）用水量（万m3）坤兑滩1449367320299.74乌克16510633320340.26总计309200003206402）、现状工程可供水量根据《内蒙古达茂联合旗水资源评价》（水利部牧区水利科学研究所）计算成果，评价区地下水可开采量为945.48万/m3。评价区现有机电井337眼，其中灌溉机电机309眼（项目区范围内42眼，项目区以外267眼），人畜饮水水源井28眼。现状工程年可供水量741.6万m3。3）、现状水资源供需平衡分析地下水资源供需平衡计算表单位：万m3区域地下水可开采量工程可供水量需水量余缺水量生活用水牲畜饮水灌溉用水合计余（+）缺（—）坤兑滩447316.94.270.58299.74304.5912.31乌克498.48424.76.520.66340.26347.4477.26总计945.48741.610.791.24640652.0389.57由上表可知，项目区现状用水量小于地下水可开采量和工程可供水量，现状年工程可供水量与需水量相比余89.57万m3，地下水资源供需是平衡的。1.1.1.3评价区设计水平年水资源供需平衡分析本规划水源工程全部利用评价区内原有42眼机电井实施节水灌溉，故不再进行设计水平年水资源供需平衡计算。1.1.4规划设计标准 (1)《微灌工程技术规范》SL103-95；(2)《农田灌溉水质标准》GB5084-2005；(3)《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-1999；(4)《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006。1.1.5规划设计参数根据微喷灌工程相关设计标准，结合项目区的实际情况，本工程设计参数选取如下：(1)日耗水强度Ea：5.0mm/d，根据项目区所处地区的的自然条件和灌溉试验资料，设计作物耗水强度为5.0mm/d。(2)土壤湿润比P：75%。(3)灌溉水利用系数η：0.95。(4)灌水流量偏差：20%。(5)计划湿润层深z：40cm。1.1.6毛管（滴灌带）的选择根据项目区土壤质地、作物需水特性及毛管布置方式，一管一行，滴灌带铺设间距为90cm，选用流量1.8L/h，滴孔间距30cm，工作水头10m，管径16mm，壁厚0.2mm的滴灌带。1.1.7灌溉制度的确定1.1.7.1节水灌溉制度设计马铃薯是项目区种植的主要农作物，根据本地种植经验和有关需水资料，确定马铃薯日蓄水量=5.0mm/d。遇特殊年份可根据作物的实际生长情况适当增减灌水次数，确保作物正常生长。设计灌溉定额见下表设计灌溉定额计算作物作物需水量（m3/亩）有效降雨量（m3/亩）缺水量（m3/亩）净灌溉定额（m3/亩）毛灌溉定额（m3/亩）节水灌溉定额（m3/亩）马铃薯2401081321321761541.1.7.2灌溉定额和灌水周期根据作物、土壤、气候等条件合理确定作物每次的灌水量、灌水周期和全生育期灌水量。其宗旨是最大限度满足作物对土壤水分的要求，并使土壤水分始终处于作物生长的最佳状态。(1)设计毛灌水定额m式中：m－设计毛灌水定额，mm；－土壤容重，g/cm3；－计划湿润土层湿度，m；－设计土壤湿润比，%；－适宜土壤含水率上限（占干土重量的百分比，%），一般为田间最大持水率的100%；－适宜土壤含水率下限（占干土重量的百分比，%），一般为田间最大持水率的80%；－灌溉水利用系数。设计中，选择的参数值为：＝1.45g/cm3，＝0.40m，＝75%，=23%，＝0.95。=0.1×1.45×0.40×75×（100-80）×23%/0.95=21mm。设计灌水定额为21mm，换算为14m3/亩。(2)灌水周期TT=（m毛/Ea）×式中：T－灌水周期，d；m毛－毛灌水定额，mm；Ea－日耗水强度，mm；由前面计算及已知参数可知，m毛=21mm，Ea=5mm，=0.95，则：T=（m毛/Ea）×=（21/5）×0.95=1.99（d）。灌水周期为1.99d，取4d。(3)一次灌水延续时间t式中：t－一次灌水延续时间，h；－滴头间距，m；－毛管间距，m；－滴头设计流量，L/h。此次滴灌设计=0.3m，=0.9m，q=1.8L/h，即一次灌水延续时间为2.98h，本次设计选取为1.0h。1.7.1.3滴灌灌溉制度设计根据计算的灌水定额和灌溉定额，确定灌溉制度，见下表。滴灌设计灌溉制度灌溉形式作物生育期灌水定额（m3/亩）灌水次数灌溉定额（m3/亩）滴灌马铃薯苗期141154蔓生期2结蕾期2开花期2块根形成期2成熟期21.2典型设计项目区以7号井为例，单井出水量50吨/小时，典型田块长600米，宽300米，进行马铃薯膜下滴灌的技术设计。1.2.1首部枢纽首部主要设备有施肥罐、网式过滤器及DN110逆止阀等，地埋管道最低处设排水阀。滴灌灌溉系统首部设有逆止阀、排气阀、压力表、水表，水嘴、过滤器、施肥罐。过滤器作用是将水中的固体大颗粒、藻类、漂浮物沉淀过滤，防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。过滤器有沉淀池、拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等，各种过滤器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。根据项目区水中固体砂颗粒含量很少的情况，过滤设备采用4"离心式过滤器，过流量50m3/h。施肥罐的作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、化学药品等在施肥罐内充分溶解，然后再通过滴灌系统输送到作物根部，便于作物吸收，充分发挥肥效，同时减少肥料浪费。本系统选用容积为100升的施肥罐。1.2.2毛管（滴灌带）的选择根据目前国内市场上滴灌带的种类和水利性能，以及对各厂家滴灌带的应用调查，考虑项目区土壤质地、作物需水特性及毛管布置方式，一管一行，滴灌选择边缝式滴灌带，滴灌带直径D为16mm，滴头工作压力为10m，滴头间距为0.3m，毛管布置间距为0.9m，滴头流量qd为1.8L/h。1.2.3管材选择选取PVC管作为灌溉系统干管输水管道，压力为0.63MPa，支管采用PE黑管。1.2.4管网布置按照作物的种植方式，以节能及运行管理最方便为原则，滴管采用丰字型布置，主干管埋入地下，支管和毛管布置于面上，便于灌溉系统的管理、维修。系统采用三级管道布置，即干管、支管、毛管。如图7号井所示。①干管：为避免热胀冷缩和冬季冻害，干管为地埋管道，采用聚氯乙烯φ110mm直径的PVC硬塑料管，每根管长8m，一端扩口，两管采用承插方式连接，胶圈止水。干管总长为450m，呈东西方向布置。为防止管道破裂、限制管网工作压力在设计工作压力范围之内，管槽开挖根据《滴灌工程设计图集》及当地实际，沟槽断面为梯形，下口宽为管道外径加0.3，即下口取0.5m，上口宽取1.0m。管槽开挖深度根据当地实际情况确定为1.0m，为便于施工弃土堆放在沟槽一侧0.3m以外。②分干管：分干管采用聚氯乙烯φ110直径的PVC硬塑料管，均呈竖向布设，共布设分干管4条，每条长250m，分干管间距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，典型地块共设置24条支管，总长度2400米，每条支管设置独立闸阀。支管全部与分干管平行布设，且紧靠分干管，与分干管的连接采用三通。④滴灌带：是直接向作物施水的设备，是滴灌系统中最关键的部件，其作用是把末级管道中的压力水流均匀而稳定地分配到田间土壤，满足作物对水分的需要，还可随水施肥施药。设计选用的φ16边缝式滴灌带，滴灌带垂直于支管两侧呈鱼骨式布置，即与种植方向相同。每条支管上布设55条滴灌带，每条长75米，典型地块共有滴灌带2640条，总长198000米。滴灌带直接与支管接通，每条滴灌带上不设球阀，即同一支管上所有滴灌带同时工作，每条滴灌带的间距为0.9m，滴灌带上每隔0.3m设滴头一个，滴头流量1.8L/h，工作水头为10m。⑤支管及滴灌带为地面移动管道，为防止管材管件的丢失及损坏，每到冬季支管及滴灌带应及时收起妥善保存。停泵或冬季不用时，为防止管道冲砂水和秋季积水冻害，在管道末端的最低处设排水井。1.2.5典型小区毛管最大允许铺设长度1）、小区允许的最大水头差计算小区内滴头最大水头和最小水头：hmax=(1+0.62qv)1/xhdhmin=(1-0.38qv)1/xhd式中：hmax——滴头最大水头，m；hmin——滴头最小水头，m；qv——流量偏差率,取0.2；x——流态指数，取0.5；hd——额定压力，取10m。计算得hmax=12.6m，hmin=8.5m。小区内滴头最大水头差[Δh]=hmax-hmin=12.6-8.5=4.1m。毛管分配的水头差[Δh]毛＝0.55[Δh]=0.55×4.1=2.255m，支管分配的水头差[Δh]支＝0.45[Δh]＝0.45×4.1＝1.845m。2）、小区毛管最大允许铺设长度毛管水头损失：hf=1.1×8.4×104×L×F×Q1.75/D4.75式中：hf——毛管水头损失，m；L——毛管的长度，取75m；F——多口系数，取0.361；Q——毛管流量，取0.45m3/h；D——毛管外径，取16mm。根据地形形状，毛管布置的长度为75m，经计算，此时毛管水头损失hf=1.18m<[Δh]毛＝2.255m。则是合理的。1.2.6干管、支管设计流量1)、支管设计流量每个支管的流量均为：Q支=每条滴灌带的流量×滴灌带的条数=75×1.8L/0.3×50/0.9=25m3,即每条系统支管PE63mm设计流量为25m3/h。2)、干管设计流量每次只灌溉2个小区，开2个控制阀门，则干管流量为50m3/h.1.2.7管网水力计算1）、毛管流量及水头损失的计算：Q毛＝n滴qd式中：Q毛——毛管（滴灌带）进口流量，L/h；n滴——毛管上滴头的个数。75米滴灌管有250个滴头。其中，Q毛＝250×1.8＝450（L/h）计算水头损失:hf=1.1×8.4×104×L×F×Q1.75/D4.75毛管内径D=15.6mm，F（多孔系数）＝0.35，L=75米毛管水头损失为：ｈf＝0.35×1.1×8.4×104×75×0.451.77/15.64.77＝1.2m2）、支管管径及水头损失计算：根据微灌用聚乙烯微灌管规格，并考虑到便于辅管与支管的连接，支管拟选用Φ63PE黑管，其计算内径d＝62.1mm。此时，支管实际水头损失应为：ｈf支＝8.94×104×L×F×Q1.77/D4.77＝0.361×8.94×104×25×251.77/62.14.77=0.67m支管进口水头ｈ支=1.2+0.67+10=11.87m。3）、干管水头损失计算：管径计算公式：D=13×Q0.5式中：D——设计管径，mm；Q——管道设计流量，m3/ｈ。计算得分干管管径为100.70mm，考虑最不利因素，选择UPVC110mm，其计算内径d＝103mm，则沿程水头损失：ｈf分干＝0.948×105×L×Q1.77/D4.77其中，L＝224m将数据代入公式中，得：Q分干＝42m3/hｈf分干＝0.948×105×501.77×90米/104.64.77=2m局部水头损失可按沿程水头损失的10％考虑,即：Hw分干＝0.1hf分干＝0.2m干管总的水头损失为：2＋0.2＝2.2m干管进口水头ｈ分干=11.87+2.2=14.07m4）系统设计水头H计算与水泵选型根据《微灌工程技术规范》(SL103-95)，微灌系统设计水头H按下式计算：Ｈ＝Ｚp－Ｚb＋ho＋Σhf1+Σhf2＋Σhω式中：Ｈ——系统或某级管道的设计水头，m；Ｚp——典型毛管进口的高程，m；Ｚe——系统水源的设计水位或某级管道的进口高程，m；机井稳定动水位经测定为35m，枢纽地面与毛管进口间的高差为0m，则：Ｚp－Ｚb＝35＋0＝35m;ｈ0——滴头最小工作水头，m；本设计中ｈ0＝8.5m；Σｈf1——系统或某级管道进口至典型毛管进口的管道沿程水头损失，m；Σｈf2——泵管水头损失为8m;Σhω——系统或某级管道进口至典型毛管进口的管道局部水头损失，m。取首部过滤系统的水头损失之和为10m。系统总扬程为：H=76.8m，流量为50m3。因此，选择200QJ50-78潜水泵。5）管径校核为扩大工程的适应性，管网的干、支、辅、毛各级管道管径按经验公式计算，计算管径和选取管径见表各级管径校核计算表管道流量（m3/h）计算管材内径（mm）双壁厚（mm）设计管径（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）各级管道流量推算⑴单根毛管设计流量单根毛管流量等于单滴头流量乘以滴头总数，即：Q毛=N·q=250×1.8=0.45(m3/h)即单根毛管的总流量为0.45m3/h。式中：q－滴头流量，1.8L/h；N－毛管的滴头数，为毛管总长度÷滴头间距。⑵支管设计流量：a、支管连接55根滴灌带Q单支＝Q毛·N＝0.45×55＝24.75（m3/h）式中：N－支管上毛管的数目N=55条；Q毛－单根毛管总流量。⑶分干管设计流量：Q分干管＝Q单支·N＝24.75×2＝49.5（m3/h）N－每条分干管上一次工作的支管数目N=2条；Q分干－分干管的总流量。⑷干管设计流量：Q干=Q分干=49.5（m3/h）7）田间布置根据计算管段流量进行典型地块的管道布置，单支管控制面积布置图，见下图。滴灌区典型地块工程布置图滴灌区典型地块工程布置图支管控制面积布置图支管控制面积布置图8）轮灌制度的确定根据滴灌系统的布置，为保证系统各级管道安全稳定运行，故需将系统划分轮灌组。典型设计地块共有一根干管4根分干管，每根分干管共布设12根支管，支管共计48条。每根支管布设55条毛管。灌溉时同时开启2根支管的2个闸阀，典型地块共布置24个轮灌组。运行时，每次灌水时间为3小时，即3小时可完成一个轮灌组。按照每天工作18小时计算，一天可以完成6个轮灌组的灌水定额，4天可完成全部24组轮灌区，即一个灌溉周期为4天。1.2.8工程量7号井膜下滴灌材料统计清单序号名称规格单位数量备注系统首部1电潜泵200QJ50-78套12过滤系统离心+网式4"套13施肥罐100L个14逆止阀与过滤器配套个15蝶阀与过滤器配套个16排气阀与过滤器配套个17压力表与过滤器配套套28配套连接件钢管、弯头、法兰、螺丝等批1地面系统1球阀2"个482阳螺纹承插直通Φ63×2"个483胶圈个4钢卡个5PE管材Φ63米240050米/盘6PE承插直接Φ63个357按扣三通Φ16个23338直通Φ16个8