榆树屯果园滴灌工程初步设计
1.概况
榆树屯果园位于榆树屯村以西，沙河驿以北，距张家堡乡政府2公里处。

果园地势平坦，面积300亩，种植苹果28000余株，果树株距4m，行距5m，已基本进入盛国期。

为提高水的利用率，节省水量，增加国品产量，提高果品质量，在果园内采取微喷灌系统进行灌溉。

设计灌溉面积300亩，控制株树10000株。

要求:果园微灌区采用滴灌形式。

2．基本资料
（1）气象资料
该地区属于大陆性季风气候区，多年平均降雨量在528.3mm左右，主要集中在6~9月份，多年平均蒸发量1857mm，多年平均最高气温28.9℃，多年平均最低气温-17.3℃，最大冻土层深度1.5m，多年平均日照小时2848.1h，多年平均无霜期149天左右。

当地1956~1982年的气象资料如表1所示。

（2）土壤资料
灌区内主要为砂壤土，土壤容重为1.42g/cm3,田间最大持水量为22%，土层厚度8~15m。

（3）水源情况
灌区多年平均地下水位埋深8~14m，主要含水层厚度10~18m。

果园内现有机电井一眼，位于果园南部与道路的交界处，出水量80m3/h，动水位20m，水质较好。

（4）微灌系统设计参数
a.设计土壤湿润比为40%；
b.设计灌水均匀度为95%；
c.灌溉水利用系数为0.9。

（5）动力情况
该地区动力采用电力，灌溉季节基本保证24小时供电。

实际日灌溉时间为14～20h。

表1 频率计算统计表
设计过程：
一、水源工程
1、单井控制面积计算：
单井控制面积由式1-1求出：
A=Q井tη/0.667 E amax，………(1-1)
式中A——井水可灌面积，亩；
Q井——水井出水量，m3/h；Q井=80 m3/h
t——水井每天抽水小时数，h；t =18
η——管灌田间水利用系数，η=0.90
E amax——作物耗水高峰期月平均日耗水量值，mm/d。

根据《微灌工程技术
规范》，E amax =6 mm/d。

A=(80×18×0.90)÷(0.667×6)=324亩。

二、管网布置
机电井控制区管道从系统首部出发，向南引出干管，干管管径160mm～90mm；与干管垂直引出分水管，分水管管径63mm；平行于分水管引出支管，支管管径63mm；垂直于支管引出毛管，毛管管径25mm，与树行平行布置；毛管上接滴灌管，滴灌管绕树布置。

三、灌溉制度的拟定
1. 灌水周期的确定
根据当地实际情况，苹果灌水周期为10d，滴灌工程实施后，为了确保梨树能够及时得到灌溉，灌水周期定为：T=10d。

⒉灌水定额的计算
ｍ=(T×E a)/η
式中：ｍ——设计灌水定额，mm；
T——灌水周期，d；
E a——耗水强度，mm/d；
η——微灌水利用系数。

将T=10，E a=4.86，η=0.9，代入上述公式计算得：ｍ=54mm。

四、苹果树滴灌系统设计参数的选择
⒈设计土壤湿润比：根据《微灌工程技术规范》SL103—95，苹果树滴灌的设计湿润比取40%。

⒉设计灌水均匀度为85%以上。

⒊灌溉水利用系数：根据《微灌工程技术规范》SL103—95，滴灌灌溉水利用系数为0.90。

⒋灌水器采用管上式补偿性滴灌管。

管径Φ12，滴头间距0.5m，单滴头设计流量为q d=3.75L/h，工作压力范围0.05～0.35Mp a，设计工作压力h d=0.05～0.15 Mp a。

五、工作制度的确定
1.一次工作时间的确定
t＝m×S t×S r／q d
式中：t——一次灌水延续时间，h；
m——设计灌水定额，mm；
S t——毛管间距，m；
S r——灌水器间距，m；
q d——灌水器设计流量，L/h。

将m=54mm，S t=5m，S r=3m，q d=45L/h，代入上述公式计算求得：t=18h。

2.轮灌组的划分
系统灌水周期为8d，日工作时间取20h，一次灌水历时18h，因此项目区划分为10个轮灌组，日进行1.5个轮灌组，轮灌组分区情况见表1。

表1 轮灌分组表
轮灌组工作情况见表2。

表2 轮灌分组工作表
六、系统流量的推求及管径选择
各级管道流量推求及管径选择见表3。

表3 干管各管段流量推求及管径选择表
七、管网水力计算
1.毛管长度的校核
（1）一条支管控制的灌水小区内设计水头允许水头偏差为：
［△h］＝0.4h d
式中：［△h］—一条支管控制的灌水小区内的允许水头偏差，m；
h d—灌水器设计工作压力，m。

计算得：［△h］＝0.4×15=6m
（2）在平坦地形下，灌水小区设计允许水头偏差在支、毛管间的分配比例：＝β1［△h］
△h
支
＝β2［△h］＝（１－β1）×［△h］
△h
毛
β1＝1/[1+〔L2/L1〕×〔a1n1〕］0.291
——支管允许水头偏差，m；
式中：△h
支
△h毛——毛管允许水头偏差，m；
L1——支管长度，m；
L2——毛管长度，m；
β1——小区允许水头偏差在支管上的分配比例；
β2——小区允许水头偏差在毛管上的分配比例；
n1——支管上单侧毛管的根数；
a1——支管单侧布置毛管时，值为1；
支管双侧布置毛管时，值为2。

（3）毛管极限孔数的确定
毛管极限孔数的计算公式为：
N m＝INT［（5.446×△h2×d4.75）／（K×S×q d1.75）］0.364
式中：N m——毛管的极限分流孔数；
△h2——毛管的允许水头偏差，m；
d——毛管内径，mm；
K——水头允许扩大系数，为毛管总水头损失与沿程水头损失的比值，K=1.1～1.2
S——毛管上分流孔的间距，m；
q d——毛管上单孔或灌水器的设计流量，L/h。

最长毛管出现在南区第2轮灌区内，毛管长度L2=100m，支管长度L1=32m，a1=2，n1=7，d=21mm，K=1.2，q d=45L/h。

根据以上公式计算得：
N m=33，设计毛管最大长度100m，毛管孔数N=33，与允许毛管极限孔数相同，毛管长度满足设计要求。

2.毛管进口水头的计算
h0＝h d＋K×h f
式中：h0——毛管进口水头，m；
h d——灌水器设计工作水头，m；
K——水头损失扩大系数，1.1～1.2（毛管取1.2，支管取1.1）；
h f——毛管沿程损失，m。

将h d=15，K=1.2，L=100，F=0.369，q毛=1.5m3/h，h f=3.3，代入上述公式计算得：h0＝18.3m。

3.干、支管沿程水头损失计算
按照勃拉修斯公式计算各级管道沿程损失，计算公式为：
h沿＝F×8.4×104×L×Q1.75／D4.75
式中：F——多口系数；
Q——管道中的流量，m3/h；
D——管道的内径，mm；
L——管段的长度，m。

按照系统工作最不利原则，选取系统流量最大，灌水器工作压力高，距离井位较远的小区内的轮灌小区为典型轮灌组，进行系统扬程的推求。

控制区选择小区3为典型轮灌区进行管网水力计算。

各级管道水头损失计算结果见表4。

表4 滴灌区（小区3）管道水力计算及系统首部压力推求表
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八、系统首部水泵扬程的推求
水泵扬程计算公式为：
H泵＝h滴头＋h管网＋h过滤器＋h动水位式中：H
泵
——水泵扬程，m；
h滴头——滴头设计工作压力，m；
h管网——管网总水头损失，m；
h过滤器——过滤器水头损失，m；
h动水位——进水池水位，m。

根据表4所推求的管网水头损失，计算扬程，其中：h
滴头=15m，三级过滤h
过滤
器=10m，渠道引水h
渠动水位
=1m，井取水h
井动水位
=15m，计算结果见表5。

根据表5—2—6计算结果，滴灌区系统流量803/h，系统需要最高扬程76.075台250QJ(R)125—87/3(6613)潜水泵，该泵额定流量125 m3/h，扬程87m，配套电机功率45kw。

九、首部工程设计
机电井抽取地下水，水流直接经水泵加压进入过滤工作站和管网系统。

过滤系统设备情况见表6。

表6 过滤器设备表。