山坡地噴灌工程設(shè)計(jì)論文
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1工程簡(jiǎn)介
連江縣丹陽(yáng)鎮(zhèn)桂林水利化園區(qū)噴灌工程位于丹陽(yáng)鎮(zhèn)桂林村東南側(cè)(104國(guó)道旁)的1座山丘坡地上，噴灌面積約11．3萬(wàn)m2，區(qū)內(nèi)主要種植果樹(shù)———枇杷。本噴灌區(qū)地勢(shì)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(fēng)向東南，設(shè)計(jì)風(fēng)速3.5m/s。本工程建設(shè)提水泵站1座，從山腳下的鵝頭溪提水至灌區(qū)的蓄水調(diào)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(yú)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(gè)問(wèn)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(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的噴頭的工作壓力，當(dāng)水源的海拔高程高于噴灌區(qū)地面典型控制點(diǎn)25m時(shí)，基本上就能夠按自壓噴灌來(lái)考慮，當(dāng)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(shí)，就要采取水泵加壓后進(jìn)行噴灌作業(yè)。當(dāng)有兩種以上水源均可滿足噴灌區(qū)水量、水質(zhì)或水壓要求，且均可作為噴灌工程水源時(shí)，就要進(jìn)行方案比選，選擇推薦投資較小，年運(yùn)行費(fèi)較少的方案。自壓式噴灌比機(jī)壓式噴灌節(jié)約能源，運(yùn)行成本低，因此，在山坡地噴灌工程設(shè)計(jì)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(wú)地勢(shì)足夠高的庫(kù)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(zhì)良好。根據(jù)連江縣衛(wèi)生防疫站對(duì)該水源的檢測(cè)結(jié)果，水質(zhì)符合GB5084—2005《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。經(jīng)對(duì)該溪流取水點(diǎn)上游來(lái)水量和本灌區(qū)用水量的水量平衡分析計(jì)算(本噴灌工程的灌溉保證率取90%)，來(lái)水總量及其在時(shí)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(shè)計(jì)時(shí)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(guò)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(diào)節(jié)水池(在灌區(qū)中建一調(diào)節(jié)水池，由于本工程來(lái)水總量及其在時(shí)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(jí)泵站設(shè)計(jì)流量相等，調(diào)節(jié)水池容積確定主要考慮施肥施藥時(shí)的用水量和管理方便等因素，經(jīng)分析計(jì)算確定為100m3)，再建1座泵站進(jìn)行增壓，通過(guò)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(diào)節(jié)水池，便于實(shí)現(xiàn)果樹(shù)的施肥施藥的自動(dòng)化而大大節(jié)省勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)際地形、地物及地塊形狀等條件，來(lái)分區(qū)布置。通常情況下，應(yīng)以整個(gè)噴灌區(qū)的管道用量最少為前提，既要讓管道的總長(zhǎng)度較短、管徑較小，也要盡量避免管網(wǎng)的壓力懸殊太大，應(yīng)避免在管道起伏較大時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓。本噴灌區(qū)地勢(shì)自東向西南降低，坡面較陡，高差較大，屬山丘坡地地形，設(shè)計(jì)采用魚(yú)骨形布置。本工程的噴灌管道系統(tǒng)為地埋式，通過(guò)對(duì)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?jī)膳圆贾?，分干管在主干管兩?cè)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(shí)產(chǎn)生負(fù)壓。
2.3噴頭的選擇和布設(shè)
在選擇噴頭時(shí)，主要考慮要符合作物的霧化指標(biāo)要求;在噴頭布設(shè)時(shí)要計(jì)算噴頭的噴灌強(qiáng)度和射程是否滿足要求。山坡地上設(shè)計(jì)噴灌工程，要對(duì)山坡土壤的性質(zhì)進(jìn)行認(rèn)真地判別，要適當(dāng)降低允許噴灌強(qiáng)度，當(dāng)?shù)孛嫫露葹?%時(shí)，應(yīng)將允許噴灌強(qiáng)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(shí)還要考慮風(fēng)的影響因素，盡量使支管與主風(fēng)向垂直，既避免產(chǎn)生漏噴也可節(jié)省支管長(zhǎng)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(qiáng)度。本灌區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)指測(cè)方法仔細(xì)判定土壤質(zhì)地，再充分考慮了地形坡度的影響，降低允許噴灌強(qiáng)度;根據(jù)所種植的作物(枇杷)的特點(diǎn)，確定合適的霧化指標(biāo)(本工程霧化指標(biāo)取3000)。然后以允許噴灌強(qiáng)度和霧化指標(biāo)作為選擇噴頭的兩項(xiàng)主要技術(shù)性指標(biāo)。本灌區(qū)地勢(shì)自東北向西南降低，高差較大，此時(shí)若采用同一種噴頭進(jìn)行設(shè)計(jì)，很難達(dá)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(yīng)的減壓設(shè)施，投資增大了，也不利管理。本灌區(qū)設(shè)計(jì)按壓力變化的特點(diǎn)沿山坡面進(jìn)行壓力分區(qū)，分為兩個(gè)壓力區(qū)，選用兩種不同工作壓力的噴頭進(jìn)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(dá)到良好的噴灌效果。在山坡地上進(jìn)行噴灌工程設(shè)計(jì)時(shí)，若設(shè)計(jì)成全圓噴灑，當(dāng)噴頭向上坡噴灑時(shí)，由于噴出的水流尚未來(lái)得及分散霧化，就會(huì)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(shè)計(jì)使用帶扇形機(jī)構(gòu)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(zhì)量，又避免了水土流失。從本灌區(qū)運(yùn)行幾年情況來(lái)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(shí)，多采用有序輪灌的工作制度。因此，要進(jìn)行合理的輪灌編組，在輪灌編組設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮管理運(yùn)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(shí)際工作壓力也不相同，所以山坡地噴灌工程設(shè)計(jì)不同于平地噴灌工程。在擬定輪灌編組方案時(shí)，各輪灌組的工作噴頭總數(shù)不宜相近，因?yàn)楦鬏喒嘟M同時(shí)工作噴頭數(shù)目相近，噴灌系統(tǒng)工作時(shí)各輪灌組的流量變動(dòng)范圍會(huì)比較大。要將距增壓水泵遠(yuǎn)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(yùn)行，不影響噴頭使用壽命和噴灌質(zhì)量。本噴灌工程按上述方法進(jìn)行輪灌編組設(shè)計(jì)，在灌區(qū)的中間設(shè)有增壓水泵、調(diào)節(jié)水池與設(shè)管理房，干管布置在增壓水泵房?jī)膳?，干管的管徑選擇較小，方便了運(yùn)行管理;按噴頭的高程不同與增壓水泵的距離不同進(jìn)行輪灌編組設(shè)計(jì)，各噴頭壓力運(yùn)行平穩(wěn)，流量變動(dòng)范圍小，噴灌質(zhì)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(shè)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(yùn)行費(fèi)用，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，因此，選擇合適的水泵型號(hào)是噴灌工程設(shè)計(jì)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(lái)進(jìn)行探討。水泵選型的依據(jù)主要是設(shè)計(jì)流量與設(shè)計(jì)揚(yáng)程。本工程在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)流量是一個(gè)輪灌組同時(shí)工作噴頭的流量之和;典型噴頭工作壓力、噴點(diǎn)高程以沿線管道總水頭損失之和為設(shè)計(jì)揚(yáng)程。本工程增壓水泵的幾何揚(yáng)程計(jì)算時(shí)，取調(diào)節(jié)水池設(shè)計(jì)水位(本工程調(diào)節(jié)水池設(shè)計(jì)水位為放空管頂上30cm)到設(shè)計(jì)典型噴點(diǎn)處噴頭進(jìn)口的高差。設(shè)計(jì)典型噴點(diǎn)應(yīng)選在噴灌區(qū)內(nèi)具有代表性的噴點(diǎn)，并不是選在高程最高或距水泵最遠(yuǎn)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(duì)最不利工況進(jìn)行校核尤為重要。首先，對(duì)灌區(qū)內(nèi)高程最高、距離水泵最遠(yuǎn)的噴點(diǎn)，對(duì)它可能出現(xiàn)的最低噴頭工作壓力進(jìn)行校核，看它是否達(dá)到噴頭設(shè)計(jì)允許工作壓力區(qū)間(為噴頭設(shè)計(jì)工作壓力的80%～120%)的下限值;其次，對(duì)高程最低、距離水泵最近的噴點(diǎn)，對(duì)它可能出現(xiàn)的最高噴頭工作壓力進(jìn)行校核，看它是否超出噴頭設(shè)計(jì)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(diǎn)作為水泵設(shè)計(jì)工況來(lái)計(jì)算，使水泵經(jīng)常處在高效區(qū)運(yùn)行，從幾年的運(yùn)行情況看，不僅降低了運(yùn)行費(fèi)用，且操作管理方便，避免了噴頭因超壓引起的損壞。
3結(jié)語(yǔ)
上述是本人在連江縣丹陽(yáng)鎮(zhèn)桂林水利化園區(qū)噴灌工程設(shè)計(jì)工作中的幾點(diǎn)思考。該園區(qū)在有噴灌技術(shù)工程后，園區(qū)管理員反映枇杷產(chǎn)量和質(zhì)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(shù)，而且能提高農(nóng)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的作用。我們?cè)诮窈蟮纳狡碌貒姽喙こ淘O(shè)計(jì)中，只要充分考慮與平地噴灌工程的設(shè)計(jì)不同之處，認(rèn)真分析比較，擬定合理的設(shè)計(jì)方案、工程投資和運(yùn)行費(fèi)用，以最小的投資取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)這項(xiàng)重要的節(jié)水灌溉技術(shù)————噴灌技術(shù)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(yù)警報(bào)中心