周曉明，曹元青

（濟(jì)南市章丘區(qū)水務(wù)局，山東 濟(jì)南 250200）

濟(jì)南紫緣香草園成立于2011年12月，是山東地區(qū)種植面積最大、品種最多的香草主題現(xiàn)代觀光園區(qū)，占地26.67余公頃。香草園內(nèi)景德福有機(jī)農(nóng)業(yè)14.67 hm2，主要種植瓜果蔬菜，可以實(shí)施“提水泵站（水肥一體化）+滴灌”的灌溉模式，來實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)的高效灌溉。主要為灌溉泵站蓄水池取水后接入的主管道、支管及滴灌管，主管道基本沿灌區(qū)地貌形狀鋪設(shè)，滴灌管沿作物種植行走向布置。

1 主要建設(shè)內(nèi)容

1.1 高效節(jié)水灌溉工程

1）管道系統(tǒng)：由主管道、支管、滴灌管兩級(jí)管道組成。

2）泵房系統(tǒng)：采用潛水泵抽水，配備控制柜，變頻器，逆止閥，泄壓閥，底閥。

3）過濾系統(tǒng)：采用自動(dòng)反沖洗疊片過濾器。

4）一級(jí)首部系統(tǒng)：配備水表，減壓持壓閥，逆止閥，空氣閥，渦輪蝶閥。

5）自動(dòng)化及施肥系統(tǒng)：?jiǎn)尉€控制系統(tǒng)，單通道施肥機(jī)。

1.2 水源工程

本項(xiàng)目工程建1座泵房，均采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)尺寸的整體訂購(gòu)彩鋼房，地基持力層采用原狀土，地基混凝土強(qiáng)度為C15碎石混凝土。水源利用現(xiàn)有水源作為項(xiàng)目用水。

1.3 信息自動(dòng)化工程

為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)的自動(dòng)化、信息化生產(chǎn)、安全化，提高水資源利用效率，增加作物產(chǎn)量，本次信息化建設(shè)采用分層、分布、分散式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)建設(shè)信息化中心，對(duì)提水灌溉系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制，對(duì)項(xiàng)目區(qū)常規(guī)氣象實(shí)行監(jiān)測(cè)，在保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，降低運(yùn)行管理費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉自動(dòng)化、調(diào)度科學(xué)化，管理信息化，達(dá)到項(xiàng)目區(qū)的自動(dòng)化、信息化、安全化生產(chǎn)，提高水資源利用效率，增加作物產(chǎn)量。

1.4 管道布置

根據(jù)種植面積，作物生長(zhǎng)情況，經(jīng)濟(jì)投入及效益，本項(xiàng)目設(shè)置多個(gè)輪灌組，分區(qū)控制。主管道基本沿灌區(qū)現(xiàn)有主干道走向布置。當(dāng)需要灌溉時(shí)，根據(jù)輪灌順序，控制田間閥門的啟閉，干、支管送水到相應(yīng)輪灌區(qū)田間滴灌管。支管基本沿灌區(qū)現(xiàn)有主干道及田間路走向布置，滴灌管沿作物種植行走向布置。

2 灌溉制度及管道設(shè)計(jì)

2.1 水量平衡計(jì)算

在水源供水流量穩(wěn)定且無調(diào)蓄能力時(shí)，根據(jù)下式驗(yàn)證水量是否滿足灌水要求。

式中：A 為灌溉面積，hm2，本項(xiàng)目 A=10.3 hm2；η為灌溉水利用系數(shù)，取0.95；Qs為系統(tǒng)所需流量，m3/h；C 為系統(tǒng)每日工作時(shí)間，h，取 20 h；Ia為設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度，mm/d，無淋洗要求時(shí)，等于設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度，本設(shè)計(jì)取5 mm/d。

經(jīng)計(jì)算，該系統(tǒng)所需流量Qs=28.61 m3/h。水源為淺水井且可實(shí)現(xiàn)持續(xù)供水，因此，水量滿足系統(tǒng)要求。

2.2 確定灌溉制度

1）灌溉強(qiáng)度計(jì)算。灌溉強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：IR為灌溉強(qiáng)度，mm/h；qd為滴頭流量，L/h；Se為滴頭間距，m；Sl為滴灌管鋪設(shè)間距，m。經(jīng)計(jì)算，灌溉強(qiáng)度IR=1.4 mm/h。

2）設(shè)計(jì)輪灌組。單個(gè)輪灌組運(yùn)行時(shí)間按下式計(jì)算：

式中：t為單個(gè)輪灌組運(yùn)行時(shí)間，h；Ea為設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度，mm/d。

經(jīng)計(jì)算，單個(gè)輪灌組運(yùn)行時(shí)間t=2.8 h。

輪灌組數(shù)按下式計(jì)算：

式中：N為輪灌組數(shù)目，取整數(shù)；Nmax為最大輪灌組數(shù)；T為設(shè)計(jì)灌水周期，d，本設(shè)計(jì)灌水周期T=1 d，每周灌溉 7 d。

經(jīng)計(jì)算，最大輪灌組數(shù)Nmax=5.33，本項(xiàng)目輪灌組數(shù)N取為5。

2.3 毛管流量

一條毛管上的流量按下式計(jì)算

式中：Q毛為毛管的設(shè)計(jì)流量，m3/s；Nd為毛管上出水孔的個(gè)數(shù)；qd為出水孔流量，m3/s。

2.4 支管流量與管徑

本項(xiàng)目區(qū)邊界不規(guī)則，支管沿邊界或道路布置，滴灌管沿各作物種植向鋪設(shè)，鋪設(shè)間距為3 m，每行作物一根滴灌管。支管的流量等于該支管負(fù)責(zé)的同時(shí)工作的毛管流量之和：

支管管徑通常根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速進(jìn)行推算：

式中：D 為管道內(nèi)徑，m；Q 支為流量，m3/h；v為流速，m/s。

本設(shè)計(jì)中，支管選用PVC90/8和PVC63/8，鋪設(shè)于凍土層以下。經(jīng)濟(jì)流速取1.3 m/s。

3 管網(wǎng)水力計(jì)算

3.1 毛管水力計(jì)算

毛管沿程水頭損失采用多孔出流計(jì)算，局部水頭損失通?？砂囱爻趟^損失的比例估算。

式中：H毛進(jìn)口為毛管進(jìn)口水頭，m；hf毛為毛管沿程水頭損失，m；hj毛為毛管局部水頭損失，m，可按沿程水頭損失的10%考慮；hd為灌水器工作壓力，m。F為多口系數(shù)；f為摩阻系數(shù)；Q為流量，L/h；d為管內(nèi)徑，mm；L 為管段長(zhǎng)度，m；m 為流量指數(shù)；b為管徑指數(shù)。

本設(shè)計(jì)中取 f=0.505，m=1.75，b=4.75。

3.2 支管水力計(jì)算

支管沿程水頭損失按下式計(jì)算：

式中：hf支為沿程水頭損失，m；F為多口系數(shù)；f為摩阻系數(shù)，取 0.505；Q 為流量，L/h；d 為管內(nèi)徑，mm；L為管段長(zhǎng)度，m；m、b為流量指數(shù)和管徑指數(shù)、聚乙烯管，取m=1.75，b=4.75。

支管進(jìn)口水頭按下式計(jì)算：

式中：H支進(jìn)口為支管進(jìn)口水頭，m；hj支為支管局部水頭損失，m，一般按照沿程水頭損失的10%～15%估算，本設(shè)計(jì)取10%；H毛進(jìn)口為毛管進(jìn)口工作壓力，m。

灌水小區(qū)設(shè)計(jì)總的原則是包括支管、毛管在內(nèi)的整個(gè)小區(qū)壓力變差控制在22%以內(nèi)，反映在流量上其變差率低于10%，本設(shè)計(jì)采用壓力補(bǔ)償?shù)喂喙埽淞髁孔儾顬?。粗略估算毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)該從單根毛管的最大鋪設(shè)長(zhǎng)度降低30～40 m作為可行的整個(gè)小區(qū)實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度。

4 其他設(shè)計(jì)

4.1 首部樞紐設(shè)計(jì)

主要包括自動(dòng)反沖洗10 cm×6.67 cm疊片過濾器、13.32 cm離心過濾器、中央控制&施肥一體機(jī)、立式泵Q=60 m3/h，H=40 m，P=11 kW水泵及控制量測(cè)設(shè)施與保護(hù)裝置。

4.2 施肥系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用全進(jìn)口單通道施肥機(jī)施肥，將施肥機(jī)直接安裝在首部系統(tǒng)管的旁路中，管路中水流的功能驅(qū)動(dòng)施肥機(jī)工作，通過該施肥機(jī)向系統(tǒng)中添加肥料、藥品、各種添加劑等介質(zhì)目的。

4.3 控制量測(cè)設(shè)施

水表是控制首部的組成部分，位于過濾器之后，具有高度的精確性（2‰），灌溉系統(tǒng)首部設(shè)水表，其作用是準(zhǔn)確測(cè)量泵所抽取的水量。此設(shè)計(jì)中的水表讀數(shù)為3″。

4.4 灌溉控制系統(tǒng)

整個(gè)項(xiàng)目區(qū)灌溉控制方式應(yīng)為自動(dòng)控制方式，控制器采用NMC JUNIOR灌溉型控制器進(jìn)行自動(dòng)控制。

5 工程效益

本工程項(xiàng)目建設(shè)完成運(yùn)行后，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)14.67 hm2土地的農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施將有很大的改善，蔬菜、果樹、林業(yè)、草坪、香草種植，灌溉、施肥均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，灌溉、施肥用工量減少95%左右，年灌溉用水量減少20%～30%，耗油量、用電量相應(yīng)降低30%，增收蔬菜、經(jīng)濟(jì)作物25%～30%的產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)效益提高20%，起到增產(chǎn)增收、節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工的效果。