山坡地噴灌工程設計論文

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1工程簡介

連江縣丹陽鎮(zhèn)桂林水利化園區(qū)噴灌工程位于丹陽鎮(zhèn)桂林村東南側(104國道旁)的1座山丘坡地上，噴灌面積約11．3萬m2，區(qū)內(nèi)主要種植果樹———枇杷。本噴灌區(qū)地勢自東北向西南降低，為山丘坡地地形;灌區(qū)土壤為壤黏土，土壤干容重為1.45g/cm3;灌區(qū)灌季風向東南，設計風速3.5m/s。本工程建設提水泵站1座，從山腳下的鵝頭溪提水至灌區(qū)的蓄水調節(jié)水池，采用水泵增壓固定管道式噴灌系統(tǒng)。噴灌管道系統(tǒng)主要采用硬聚氯乙烯(UPVC)管，魚骨狀布置，噴頭采用平行四邊形布置，成扇形噴灑。

2探討的幾個問題

2.1水源的選擇

水源選擇決定著噴灌工程的選型，根據(jù)國內(nèi)目前生產(chǎn)和廣泛應用的噴頭的工作壓力，當水源的海拔高程高于噴灌區(qū)地面典型控制點25m時，基本上就能夠按自壓噴灌來考慮，當水源的海拔高程低于灌區(qū)或者不能滿足自壓噴灌的壓力需求時，就要采取水泵加壓后進行噴灌作業(yè)。當有兩種以上水源均可滿足噴灌區(qū)水量、水質或水壓要求，且均可作為噴灌工程水源時，就要進行方案比選，選擇推薦投資較小，年運行費較少的方案。自壓式噴灌比機壓式噴灌節(jié)約能源，運行成本低，因此，在山坡地噴灌工程設計中，盡可能地采用自壓式噴灌。本噴灌區(qū)位于一座山丘上，高程較高，無地勢足夠高的庫塘、山泉、其它堰壩水源或地下水源可利用。在灌區(qū)北面山腳下有一條鵝頭溪，流域面積29.6km2，取水處上游流域面積28.1km2，水源豐富，水質良好。根據(jù)連江縣衛(wèi)生防疫站對該水源的檢測結果，水質符合GB5084—2005《農(nóng)田灌溉水質標準》。經(jīng)對該溪流取水點上游來水量和本灌區(qū)用水量的水量平衡分析計算(本噴灌工程的灌溉保證率取90%)，來水總量及其在時間上的分配都能滿足本灌區(qū)用水要求，適合于噴灌。因此鵝頭溪是本工程水源的唯一選擇。本工程設計時考慮兩種提水增壓方案:①方案1，建1座泵站，從鵝頭溪提水并增壓，再通過管道系統(tǒng)形成噴灌;②方案2，建1座泵站，從鵝頭溪先將水提到灌區(qū)調節(jié)水池(在灌區(qū)中建一調節(jié)水池，由于本工程來水總量及其在時間上的分配都能滿足本灌區(qū)用水要求，且提水與增壓兩級泵站設計流量相等，調節(jié)水池容積確定主要考慮施肥施藥時的用水量和管理方便等因素，經(jīng)分析計算確定為100m3)，再建1座泵站進行增壓，通過管道系統(tǒng)形成噴灌。由于方案2比方案1具有方便管理、便于噴灌管道系統(tǒng)布置，可把藥物加入調節(jié)水池，便于實現(xiàn)果樹的施肥施藥的自動化而大大節(jié)省勞動力等優(yōu)點，所以本工程提水增壓方案選擇方案2。

2.2管網(wǎng)的布置

山坡地噴灌工程的管網(wǎng)布置，要根據(jù)工程的實際地形、地物及地塊形狀等條件，來分區(qū)布置。通常情況下，應以整個噴灌區(qū)的管道用量最少為前提，既要讓管道的總長度較短、管徑較小，也要盡量避免管網(wǎng)的壓力懸殊太大，應避免在管道起伏較大時產(chǎn)生負壓。本噴灌區(qū)地勢自東向西南降低，坡面較陡，高差較大，屬山丘坡地地形，設計采用魚骨形布置。本工程的噴灌管道系統(tǒng)為地埋式，通過對各種噴灌用的管材比選，采用硬聚氯乙烯(UPVC)管較為合適。骨干管道分為干管與分干管，主干管沿位于灌區(qū)中央的增壓泵房兩旁布置，分干管在主干管兩側山脊方向順坡布置，支管平行等高線布置。這樣，做到了管網(wǎng)的壓力較為均勻，避免了在管道起伏較大時產(chǎn)生負壓。

2.3噴頭的選擇和布設

在選擇噴頭時，主要考慮要符合作物的霧化指標要求;在噴頭布設時要計算噴頭的噴灌強度和射程是否滿足要求。山坡地上設計噴灌工程，要對山坡土壤的性質進行認真地判別，要適當降低允許噴灌強度，當?shù)孛嫫露葹?%時，應將允許噴灌強度降低50%，可避免產(chǎn)生地面徑流現(xiàn)象。山坡地噴灌工程支管布置時還要考慮風的影響因素，盡量使支管與主風向垂直，既避免產(chǎn)生漏噴也可節(jié)省支管長度。在斜坡地面上，隨著地面坡度增大，土壤的吸水能力將降低，易產(chǎn)生地面徑流，從而產(chǎn)生地面沖蝕，因此在坡地上噴灌需降低噴灌強度。本灌區(qū)設計時通過現(xiàn)場指測方法仔細判定土壤質地，再充分考慮了地形坡度的影響，降低允許噴灌強度;根據(jù)所種植的作物(枇杷)的特點，確定合適的霧化指標(本工程霧化指標取3000)。然后以允許噴灌強度和霧化指標作為選擇噴頭的兩項主要技術性指標。本灌區(qū)地勢自東北向西南降低，高差較大，此時若采用同一種噴頭進行設計，很難達到較好的噴灌效果，且有一部分水頭需要人為地消除，水頭利用率低，還需增加相應的減壓設施，投資增大了，也不利管理。本灌區(qū)設計按壓力變化的特點沿山坡面進行壓力分區(qū)，分為兩個壓力區(qū)，選用兩種不同工作壓力的噴頭進行工作，以抵消地形高差造成的壓力懸殊，這樣能較好地利用自然水頭，達到良好的噴灌效果。在山坡地上進行噴灌工程設計時，若設計成全圓噴灑，當噴頭向上坡噴灑時，由于噴出的水流尚未來得及分散霧化，就會沖到山坡面的土體上，造成土坡?lián)p壞，由于本灌區(qū)坡地陡較(坡度為15°～25°)，設計使用帶扇形機構噴頭，平形四邊形布置，成扇形噴灑(圓心角為240°)，使噴頭噴出的水流大部分噴灑向下坡，使噴灑出的水流得到充分利用，既保證了噴灑質量，又避免了水土流失。從本灌區(qū)運行幾年情況來看，噴灌效果較為理想。

2.4輪灌編組

為了盡量節(jié)省管道投資，在確定管徑時，多采用有序輪灌的工作制度。因此，要進行合理的輪灌編組，在輪灌編組設計時既要考慮管理運行方便又要考慮能分散流量。因山坡地噴灌工程噴頭高程不同，實際工作壓力也不相同，所以山坡地噴灌工程設計不同于平地噴灌工程。在擬定輪灌編組方案時，各輪灌組的工作噴頭總數(shù)不宜相近，因為各輪灌組同時工作噴頭數(shù)目相近，噴灌系統(tǒng)工作時各輪灌組的流量變動范圍會比較大。要將距增壓水泵遠且高程較高的輪灌組安排少一些噴頭，才能滿足各噴頭的工作壓力要求;距增壓水泵近且高程較低的輪灌組要安排多一些噴頭，才能避免各噴頭超壓運行，不影響噴頭使用壽命和噴灌質量。本噴灌工程按上述方法進行輪灌編組設計，在灌區(qū)的中間設有增壓水泵、調節(jié)水池與設管理房，干管布置在增壓水泵房兩旁，干管的管徑選擇較小，方便了運行管理;按噴頭的高程不同與增壓水泵的距離不同進行輪灌編組設計，各噴頭壓力運行平穩(wěn)，流量變動范圍小，噴灌質量較高。

2.5增壓水泵的選型

水泵也是噴灌工程中的重要設備，擇選合適的水泵，讓水泵經(jīng)常處在高效區(qū)工作，可降低工程的運行費用，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，因此，選擇合適的水泵型號是噴灌工程設計中重要的內(nèi)容。本工程有水源提升水泵選型和噴灌增壓水泵選型，本文以噴灌增壓水泵選型來進行探討。水泵選型的依據(jù)主要是設計流量與設計揚程。本工程在設計時，設計流量是一個輪灌組同時工作噴頭的流量之和;典型噴頭工作壓力、噴點高程以沿線管道總水頭損失之和為設計揚程。本工程增壓水泵的幾何揚程計算時，取調節(jié)水池設計水位(本工程調節(jié)水池設計水位為放空管頂上30cm)到設計典型噴點處噴頭進口的高差。設計典型噴點應選在噴灌區(qū)內(nèi)具有代表性的噴點，并不是選在高程最高或距水泵最遠處。本噴灌工程建在山坡地上，噴頭高程位置相差較大，完成水泵選型工作后，對最不利工況進行校核尤為重要。首先，對灌區(qū)內(nèi)高程最高、距離水泵最遠的噴點，對它可能出現(xiàn)的最低噴頭工作壓力進行校核，看它是否達到噴頭設計允許工作壓力區(qū)間(為噴頭設計工作壓力的80%～120%)的下限值;其次，對高程最低、距離水泵最近的噴點，對它可能出現(xiàn)的最高噴頭工作壓力進行校核，看它是否超出噴頭設計允許壓力區(qū)間的上限值。本工程選擇噴灌范圍內(nèi)有代表性的噴點作為水泵設計工況來計算，使水泵經(jīng)常處在高效區(qū)運行，從幾年的運行情況看，不僅降低了運行費用，且操作管理方便，避免了噴頭因超壓引起的損壞。

3結語

上述是本人在連江縣丹陽鎮(zhèn)桂林水利化園區(qū)噴灌工程設計工作中的幾點思考。該園區(qū)在有噴灌技術工程后，園區(qū)管理員反映枇杷產(chǎn)量和質量都得到了明顯的提高，而且生產(chǎn)成本降低了許多，所以噴灌不僅是一種高效的節(jié)水灌溉技術，而且能提高農(nóng)場經(jīng)濟效益的作用。我們在今后的山坡地噴灌工程設計中，只要充分考慮與平地噴灌工程的設計不同之處，認真分析比較，擬定合理的設計方案、工程投資和運行費用，以最小的投資取得最大的經(jīng)濟效益，推進這項重要的節(jié)水灌溉技術————噴灌技術在農(nóng)村山區(qū)的發(fā)展。

作者：楊順發(fā) 單位：福建省連江縣洪水預警報中心