摘要：陕北地区气候条件恶劣，水资源严重匮乏，为了缓解当前用水压力，提高农业生产效益，保障自然生态安全，发展节水灌溉技术是一项重要举措，其中滴灌工程是目前最为先进、高效的灌溉技术，在陕北地区广泛应用。本文以实际工程为例，结合榆林市水资源状况，对滴灌管网与灌溉制度进行优化设计，分析了应用后的经济效益，对指导今后滴灌工程施工具有十分重要的意义。
关键词：滴灌工程；管网设计；灌溉制度设计
0 引言
水资源是国民经济发展的命脉，是农业发展的重要支撑，更是自然生态安全的重要保障。陕北地区干旱少雨、沙地连片、生态环境恶劣，面对我国水资源短缺的难题，如何合理高效的进行水资源利用是缓解改善当前水资源短缺问题的关键所在，而农业用水占到了社会总用水量的70%左右，发展高效节水灌溉技术势在必行。滴灌具有节水、经济、高效等特点在发展现代化农业方面发挥着重要作用，有利于缓解地下水超采局面，同时在陕北盐碱地区对于土壤改良、作物增收有着重要意义。我国关于滴灌管网设计的研究取得了一些成果，不少学者开展了不同种植模式的滴灌管网设计及综合节水技术集成模式研究[1-4]，将滴灌节水技术与作物、果树、苗木耕作技术，栽培技术结合形成技术集成，对促进作物增长增收具有重要意义。然而在所有研究中，关于滴灌工程在实际工程应用中典型标准设计成果较少，对不同地域喷灌机应用差异对比分析鲜有报道，本文以陕北榆林市长胜采当村土地开发工程为例，通过资料收集（包括地形、气象、土壤、植被、水文、电力、作物等）、滴灌与灌溉制度设计（设计灌水定额、轮灌周期、轮灌组、灌水小区压实设计及灌水毛管极限长度等），提出滴灌管网与灌溉制度典型工程设计流程，为陕北地区农民增收及节水高效技术提供支持。
1 研究区概况
1.1土壤条件
项目区属于风沙滩区，地表土层主要为风沙土，沙丘呈波状起伏较大，局部呈斜坡坡度较大。由于自然修复功能，地表有较薄结皮，但有机质含量有限为2.5 g/kg，pH值6.8，碱解氮26 mg/kg，有效磷2.17 mg/kg，速效钾22.53 mg/kg。项目区土壤质量无法保障作物生长，需运用土体重构技术进行土壤改良，客土土质为红土，结构较密，粘性较强，该土与沙土参合后，可耕性比较强，对改良土壤有良好的效果。
1.2水文条件
项目区周边无常年流水河流，主要依靠地下水开采，井深150 m，静水位为30 m，水位降深一般为35 m，最低动水位65 m，出水量一般在30-35 m3/h左右。根据灌溉实际需要布置机井、管网、喷灌机、调节水池和其它建筑物。根据测验地下水pH值为7.5，微碱性，适合用于灌溉用水。
1.3电力条件
项目区有10 kv高压线路通过，村内目前在地块内安装一台30 kva变压器，作为供电电源。本项目电源将从区外东北角10 kv高压线“T”型接入，规划沿田间路边，根据需要采用地埋电缆形式向中心管理房供电，以满足区内供电布局要求。
1.4植被状况
项目区属中温带荒漠草原植被类型区，植物建群种由典型旱生和广旱生植物组成。主要植被类型为沙蒿灌丛，另有稀少的沙柳和长芒草、针茅、冷蒿等植被，项目区植物资源主要有沙柳、紫穗槐、柠条、樟子松、花棒等树种，主要用于防风固沙和保持水土，还有樟子松、刺槐、旱柳等用材林。
2滴灌工程与灌溉制度设计
本项目区规划实施滴管493.50亩，以种植洋芋为主。根据地块及水源条件，选择1#地块作为典型地块进行设计，本地块面积65.20亩。
2.1设计参数
根据有关资料及《微灌工程技术规范》SL103-95以及国内外滴灌技术发展积累多年的经验，各技术参数选择如下：
（1）滴灌土壤湿润比：p=75%；
（2）滴灌水利用系数：η=0.9；
（3）设计灌水均匀度：Eu≥90%；
（4）设计湿润层深度：Z=0.50 m；
2.2灌溉制度确定
（1）设计灌水定额
m=1000γzp（θmax-θmin）/η
式中：m—设计灌水定额mm；
γ—土壤容重g/cm3；1.42
z—计划土壤湿润层深度0.50 m；
p—土壤湿润比40%；
θmax、θmin——适宜土壤含水率上、下限（占干土重的百分数，一般θmax为田间最大持水率的90%、θmin为田间最大持水率的65%，即θmax-θmin=0.25θ田）；
θ田－土壤田间持水量17%；
η——灌溉水利用系数滴灌0.95；
经计算：m=22.50 mm
（2）设计灌水周期
T=m/Ea
式中：m---设计灌水定额22.50 mm；
T---设计灌水周期d；
Ea---设计灌水强度6 mm/d；
经计算：T=3.75天，取4天。
（3）灌水延续时间：
t=InSeSL/ηnq
式中：t－为一次灌水延续时间，h；
In－为净设计灌水定额，m3/亩；
Se－为滴头间距，m；0.4
SL－毛管间距，m；0.8
η－田间水利用系数，0.95
q－滴头流量，L/h；2.0L/h
经计算，灌水延续时间t=4.05h；取4h
（4）轮灌组划分：
N≤CT/t
式中：N－允许的轮灌组最大数，取整数；
Ｃ－一天运行时间，取18h；
T－灌水周期，d；5d
t－一次灌水持续时间，h；4h
经计算，轮灌组划分：N≤22.5组，取22组
2.3滴灌系统流量计算
灌水小区水力设计需满足灌水均匀度要求，是通过限定同时灌水的各灌水器中，工作水头最大和最小的灌水器的流量偏差来保证，其流量偏差率需满足《规范》规定，其压力水头差应在允许范围内。
灌水小区水力设计主要任务是确定小区允许水头偏差，根据灌水小区构成，将允许水头偏差进行分配并确定毛管的极限孔数和极限长度，若支（辅）管规格已经选定，还需确定支（辅）管的合适长度。
（1）灌水小区允许水头偏差[Δh]依据《规范》按下式计算：
式中：[Δh]——灌水小区允许水头偏差，m；
[hv]——设计允许水头偏差率；
hd——灌水器设计水头，m
根据规范要求该偏差率不大于20%，本项目取20%。
式中：x——灌水器的流态指数；
qv——流量偏差率，%；
[hv]——允许水头偏差率，%。
计算得[hv]=0.34
代入前式[△h]=3.4
毛管允许水头偏差
为：
支管允许水头偏差
β2=0.6，β3=0.4，[△h]=3.4m，分别代入上式计算得：毛管允许水头偏差[△h2]=2.04m，支管允许水头偏差[△h3]=1.36m
（2）毛管极限孔数和极限长度
毛管极限孔数Nm计算：[△h2]=2.04m，d=16mm，k=1.1，Se=0.3m，qd=2.6L/h，代入式得毛管极限孔数Nm=236个。
毛管极限长度
上述各公式中：S0——毛管进口至首孔的距离，m；其余符号意义均同前。
S=0.3m，S0=0.3m，Nm=236，代入得Lm=70.9m。
3效益分析
滴灌工程的经济效益分析主要包括节水、节能和增收效益三方面，通过节水灌溉试验证明滴灌工程可实现节水效益约2500m3/hm2，节能500kWh/hm2，增产约2500元/hm2，滴灌技术节水率在40%左右，采用滴灌可以扩大灌溉面积带来相当可观的间接经济效益，同时可以带动塑料、化工等产业发展。滴管技术可以大幅提高劳动生产效率，解放大批的农业劳动力，有利于促进劳动力再分配及产业结构调整，增加家庭收入，对于经济发展、社会稳定具有重要意义。滴灌技术的应用推广可以减少地表水使用和缓解地下水超采局面，起到涵养水源，保护生态的作用。同时可以有效防治陕北地区的次生盐渍化，改善土壤环境。
4结语
本文以陕北地区长胜采当土地开放项目为典型，系统地对滴灌工程典型管网与灌溉制度进行了探讨，主要包括以下流程：资料收集，滴灌与灌溉制度设计。近年来陕北地区土地开发项目配套安装的滴灌管网对粮食作物增产效果明显。滴灌工程不仅对我国农业发展起中举足轻重的作用，而且在节水灌溉，保生态方面也扮演着不可忽视的角色，通过本文工程实例典型设计可为陕北地区滴灌管网与灌溉制度的设计和推广工作提供理论支撑，为全国其他地区的节水灌溉发展提供借鉴。
参考文献
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[4]郭铭. 基于遗传算法的滴灌支管轮灌小区管网优化布置研究[J]. 灌溉排水学报，2018，37（02）：72-76.
*作者简介：苏月姣（1991-），女，山东聊城，硕士，助理工程师，主要从事土地工程研究。
论文作者:苏月姣
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第34期
论文发表时间:2019/11/15
标签：陕北论文; 灌水论文; 水头论文; 管网论文; 偏差论文; 土壤论文; 工程论文; 《建筑模拟》2019年第34期论文;