2020年12月Water Conservancy Science and Technolooy and Economy Dx.,2020 doi：10.3969/j.issn.1006-7175-2020.12-020
袁志伟
（新疆头屯河流域管理局水利管理中心，新疆昌吉831100）
［摘要］农田水利灌溉中的滴灌系统主要由水源、首部枢纽、输配水管网及滴头4部分组成。滴灌系统设计要求通过计算确定灌溉流量、确定各级管道的管径、确定系统工作制度及轮灌组的划分等。针对昌吉试验场高效节水农田进行滴灌系统设计，明确滴灌系统设计中所需要的各项计算步骤，该计算方法对其他类似工程设计具有一定的参考价值。 ［关键词］昌吉试验场；高效节水；农田；滴灌工程
［中图分类号］S275［文献标识码］A［文章编号］1006-7175（2020）12-0096-04
1项目背景
昌吉试验场坐落于昌吉市滨湖乡，位于昌吉市东北方向20km处，昌吉市全市总面积8215km2，其中山区占40.7%，平原占32.5%，沙漠占26.8%，南北长260km，东西宽30km。地理位置优越，交通便利。昌吉市具有典型试验场控制灌溉面积333.333hm2，农作物主要以棉花为主，并夹杂油葵、瓜果、玉米等作物。本次项目选择基本农田范围内，相对集中连片，交通便利。
本次项目实施方案规^总面积为366-667hm2，净灌溉面积213.333hm2。将净灌溉面积分为2个滴灌系统，均采用河水加压滴灌系统，新建沉沙池1座对渠水进行沉淀处理后作为灌溉水源）安装过滤器及施肥罐1套，建设首部管理房1座，形成水泵-砂石过滤器-施肥罐2筛网过滤器2干管2分干管2支管2毛管的河水加压滴灌系统［1］。这样的节水灌溉方式，经过技术论证，现有水源满足滴灌系统运行要求。河水加压滴灌系统选择在地势较高处修建沉沙池，安装水泵、过滤器及施肥罐等首部设备，然后通过输水及配水管网将水输送至田间）2滴灌系统设计
2.1水源选择
项目区主要采用的水源为头屯河河水和地下水，河水经试验场水库及干渠、支渠、斗渠进入项目区，干渠设计引水流量0.5m3/s，支渠设计流量0.2m3/s o
2.2管材确定
管材比选主要针对地埋管，管材应满足压力等级要求，性能良好，以保证正常运行，现对四种管材，即球墨铸铁管、玻璃钢夹砂管、PVC-U管及PE管进行比选［2］）
球墨铸铁管虽安全可靠，但价格昂贵；玻璃钢夹砂管由于管径小于250mm时市场需求量不多，故生产量极少。一般情况下管径）450mm 时,PVC-U和PE管单价较低，管径在450nm以上时，玻璃钢管的单价较低。从该地区已运行的灌溉工程来看,PVC-U管和PE管便于管道运输、安装及维修，综合考虑，设计推荐田间干管和分干管采用PVC-U管，支管采用PE管。
2-3滴灌工程设计
滴灌系统包括首部枢纽、输配水管网、灌水器三大部分组成。首部枢纽包括过滤装置、施肥
［收稿日期］2020-07-09
［作者简介］袁志伟（1987-），男，河南周口人，工程师，从事水利工程运行与管理工作.—96—
装置和测控装置。输配水管网起到为滴灌系统输送水量的作用[3]，包括主干管、分干管、支管、毛管及连接管件。本次工程采用二级干管：主干管、分干管。支管在滴灌系统中起控制滴灌带适宜长度、划分轮灌区的作用)
2.3.1系统设计参数确定
根据规范要求及相关数据可得滴灌系统基本参数，以棉花为例，滴灌系统基本参数见表1)
表1滴灌系统基本参数表
序号项目名称单位量
一土壤与作物
1土壤结构土壤
2设计日耗水量：v mm/d6
3土壤湿润层深度R m0.5
4土壤设计湿润比S%60
5田间持水量%24
6适宜的土壤含水率上限%90
7适宜的土壤含水率下限%65
二水
1选型单翼迷宫式滴灌带2工作水头m10m
3流量L/h 1.8
4滴头间距m0.3
5毛管平均间距m0.9
6铺管方式双向
2.3.2灌溉制度
2-3-2.1灌水定额
项目区种植作物为冬小麦、棉花、玉米、食用葵，以棉花为例计算灌溉制度⑷。公式如下：
2=0.001y ZP p(—vQ-O mn)C1)
S p=$S°S”/S,S”x100%(2)式中:*为土壤容重，取*=1.40g/cm3(根据当地提供资料);S p为土壤湿润比,S
p=71.4%，根据规范要求取0.7；S。为滴头间距，取0.3m；S”为湿润带宽度，取0.5m；S，为作物株距，取0.10m；S”为作物行距，取0.3m;$为单株作物所占有的灌水器数目，取0.15个；-y、-mn分别为土壤含水率上下限，分别按田间持水量的90%和65%，即=21-6,-min=15-6。
则灌水定额:2=0-001*S p(--a)= 29.9mm，次水额29.9mm= 20m3/亩=300m3/hm2。
2.3.2.2灌水周期
依据《微灌工程技术规范》(SL103-1995)中:
T=m/.(3)式中:'为设计灌水周期,d;.为设计时作物的耗水强度,mm/d，取.=6mm/d。
经计算，T=30/6=5.0d，灌水周期取5d o 2.3.2.3一次灌水延续时间
如:
D=(2‘x S。xSJ/—(4)式中:t为一次灌水持续时间,h；m，为设计毛灌水定额,2为T.8=31.6mm；S£为毛管间距，为一管两行布置，毛管平均间距为S f=0.9m；-，为灌水器流量，取1.8L/h。
经计算,t=4-74h，取5h o
2.3.2.4最大轮灌组数
设计轮灌组不超过最大轮灌组数，且与轮灌组数尽量接近比较经济。最大轮灌组数根据下式进行计算：
4：c=I NT[TC/D
=INT[5x20/4.5(=22组(5)式中：4为轮灌组数；T为灌水周期；D为灌水时间；C为每天运行小时数，取20h o
—97—
2020年12月Water Conservancy Science and Technolooy and Economy Dec.,2020
2.3.2.5项目区其余作物灌溉制度葵，计算方法与冬小麦相同，计算结果见表2)
项目区计划种植冬小麦、棉花、玉米、食用
表2各种作物灌溉制度统计表
作物毛管间距滴头流量湿润比
/%-
比利时足球排名世界第几设计灌水定额
设计灌水一次灌水轮灌组
/个
周期T
-/d
持续时间
/h /m/L-h"
/m m/m3
•（亩）-
冬小麦0.6 1.89037.825.2 6.5 4.535
棉花0.9 1.871.430205522
玉米 1.2 1.883.33523.35716
食用葵 1.2 1.883.33523.35716
2.3.3滴灌系统设计工作制度组，划分的轮灌组数不应大于22组。轮灌组划
根据项目区实际面积、地块现状，为了便于分见表3)
管理，根据管网布置形式对滴灌系统划分轮灌
表3轮灌组统计表(棉花)
编号灌溉方式开启支干管条数一次水轮灌组数
滴管1河水加压滴管10516
滴管2河水加压滴管6516
2.3.4灌区小区水力设计
一条支管所控制的面积为一个灌水小区，根据规范要求，灌水小区内灌水器设计允许流量偏差率[-”])20%，故本次设计取-=20%。
1)灌水器工作水头偏差率。公式如下：
C”二-”'1+°・15-”！1-8(6)式中：j为灌水器流态指数，取0.5。则C”=0-412。
2)灌水小区允许水头偏差。公式如下：
[A C]=C”C3(7)式中：为滴头设计工作水头，取10m。
贝叮A C]=4.12。
3)灌水小区允许水头差的分配。公式如下:
根据规范要求，分配给毛管的水头差可取设计允许水头差的50%，则毛管和支管的允许水头差为：'A C]毛=2.06m；[A C]支=2.06m。
2.3.5水力
2.3.5.1管段设计流量
根据项目区管道布置形式和轮灌组划分，确定系统设计流量和管道流量，滴管系统各管段流量4。
表4滴管系统各管段流量计算表
毛管长度毛管流量支管长度支管流量分干管流量管流量
/m sm3•h-1
/m sm3
•h-1sm3•h-1sm3•h-1
滴管1610.3667530.561427滴管2610.3667530.561366
2.3.5.2管径的选择
根据《微灌工程技术规范》(SL103-1995)，可按经济流速确定经济管径，经济流速取值；=1.5m3/h，经济管径D=18.81P。滴灌系统
y v
管径5。
表5滴灌系统管径取值表
项目设计流量/m3•h"计算管径/mm
管径smm 滴1427317315
滴2366319315—98—
2.3.5.3水力计算
干管、分干管、水头损失计算：
C=hf+hj（8）
C/==TF/,5（9）
C=C z x10%（10）式中:C为总水头损失,m;C f为局部水头损失,
表6m;^为沿程水头损失，m;/为摩阻系数;Q为管段设计流量,L/h；2为流量指数;，为计算管径, mm;5为管径指数;F为管段长,m。
对滴灌系统，用所选管径选择最不利灌水小区进行管道水头损失计算，计算结果见表6。
滴灌系统最不利灌水小区田间管网水力计算表
单项管段名长度
/m
管道
流量
Q/m3•h
管径
计算值
-1d
择
管径
d
管道
径
d
水头
损失
C
水头
损失
C
地形
高差
/m
干管OQ OQ10503663193153000.540.600.9分干管（PVC）OL167061.012012512011.112.20.5支管（PE）907530.511390860.490.530.1毛管（PE）16610.36616 1.00 1.100.1总水头损失/m16.87
毛管水头损失/m10
水头损失sm
8
地形高差/m 1.6
水泵管总水头损失2
水泵扬程39
表6
管流量分干管1
Q/L-h-1管径计算值选择管径径管长沿程水损水损
d d*/m m F/m/m/m
O116100012012512067111.112.2
Aa16100012012512067111.112.2
Bb1610001201251206009.9210.9
Cc1610001201251206009.9310.9
Dd1610001201251206009.9310.9
Mm1183000208250235600 2.81 3.09
Nn1183000190200190540 5.05 5.56
Qq1183000170200190240 1.51 1.66
2.3.5.4支管水力计算长度最大的支管进行计算，即F=61m，则支管水
支管选用压力等级0.25MPa、管径为）90的头损失计算公式与毛管一致，计算结果见表7。PE管。支管的单侧铺设长度为60~65叫选择
表7PE管水计表
名称
称
径
*/mm
计算
管径
d/m m
琼海景点一日游攻略水头
损失
</m
局部
损失
</m
沿程
损失
</m
摩阻
系数
孔口
间距
S/m
孔
流量
-d
首孔
孔流量
Q
4
间距
S o/m
支管90106.4 1.1410.104 1.0380.50.900.721030.30.76
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2.3.5.5毛管水
1）毛管极限孔数和极限长度。毛管沿南北向布置，地面坡度约为2%。，可视为平坡。毛管极限孔数和极限长度依据规范中相关公式进行计算。
（下转第110页）
—99—
2020 年 12 月
Water Conservancy Science and Technology and Economy
Dec. ,2020
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(上接第99页)毛管极限孔数4依据以下公式进行计算： - (5.446[ A C ]毛,4- 758S 。-,)0. 364
(11)
式中：4”为毛管极限孔数；[A C ]毛为毛管允许的
水头偏差，取2- 06 m ;，为毛管内径，取15- 64 mm ;
6为水头损失扩大系数，取1.15；S 。为滴头间距,
取0. 3 m ;-，为滴头流量，取1. 8 m /s 。
经计算得,4” =264个。
毛管 长度 ：F ” =S ( 4”-1) +S 0
(12)
式中:F ”为毛管极限长度；S 为分流孔间距，取
0.3 m ;S 0 毛管进 首孔
, 0.15 m 。
经计算得,F ” =79.2 m 。
表8毛管水力计算表
根据昌吉市已建成滴灌工程的经验和当地
地形，取毛管单侧铺设长度为61 m 。
2)毛管水头损失计算。毛管选用工作压力
0.1 MPa 、单侧铺设长度为61 m 的滴灌带，孔口
间距0.3 m ，单孔流量为1.8 L/L ，灌水均匀度为
石景山游乐园
@ =0.95。毛管水头损失计算公式如下：
C B==i -,"///[(4+0.48)m +/( m + Z ) - f (.-S 0/S )
(13)
式中:C/为毛管水头损失，m ;/为摩阻系数;0为人力资源和社会保障厅
滴头间距,m ;-，为滴头设计流量,Lh ; m 为流量
指数;，为计算管径,mm ; 5为管径指数;4为毛管
上的滴头数;S 。为多孔管首孔间距,m 。
经计算，毛管水头损失计算结果见表8。
称
计算水头局部沿程摩阻名称
直径
管径
损失
损失损失系数
* /mm
,/m m </m </m
<■/m
毛管
1615.64
1.05
0.090.960.51
流量指数
m
管径指
b
首孔
孔流量
4
间距
S 。/m
1.75
4.752000.150.36
3 结论
[参考文献]
本文对昌吉试验场高效节水农田进行滴灌
工程设计，对项目区水源进行选择分析，确定工
程使用的管材，对滴灌系统中的设计参数、灌溉
制度、工作制度以及系统相关水力计算进行计算 分析。结论如下：本次项目区水源为头屯河河水
和地下水，选择的管材为田间干管和分干管采用
PVC-U 管、支管采用PE 管，对工程中需要的水
力计算在文中进行了详细介绍。此次研究设计
的滴灌工程能够一定程度上解决灌区农业缺水
问题，并且能够改善灌区的灌溉条件，缓解灌区 生态环境日益恶化情况[5])—110 —
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