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噴灌技術(shù)在秦嶺國家秦嶺植物園中的應用

2019-07-26 06:21:46李品利
陜西水利 2019年6期
關(guān)鍵詞:遷地專類支管

李品利

(陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001)

0 前言

秦嶺國家植物園綜合治理灌溉工程主要建設內(nèi)容是20個專類園園區(qū)的灌溉系統(tǒng)以及現(xiàn)狀管網(wǎng)至專類園園區(qū)的管線和相配套的蓄水池、泵房、調(diào)蓄湖的建設。秦嶺植物園植物遷地保護區(qū)各類園區(qū)植物灌溉面積609.85畝。遷地保護區(qū)灌溉工程主要由專類園灌溉工程組成,灌溉系統(tǒng)分為四個系統(tǒng)。其中系統(tǒng)一包含綜合園、木蘭園、蔬菜園、楊柳園、牡丹園5個??茖n悎@灌溉工程;系統(tǒng)二主要是秦巴園灌溉工程;系統(tǒng)三為棕櫚園灌溉工程;系統(tǒng)四包含千屈菜園、竹園、芳香園、海棠園、梅園、忍冬園、松科杉科園、榆科園、百果園、槭樹科園、薔薇園、木犀科園、銀杏園13個??茖n悎@灌溉工程。本文結(jié)合工程實際,對噴灌工程參數(shù)及灌溉制度進行計算分析。

1 工程建設的必要性和可行性

1.1 工程建設的必要性

(1)秦嶺國家植物園植物遷地保護區(qū)專類園涵蓋植物種類豐富,植物受氣候、土壤、水文條件的制約因素較多。該區(qū)域雨水灌溉的降雨量及降雨時間均不能滿足遷地保護區(qū)植物的耗水量,必須建設儲存、灌溉設施提供灌溉季節(jié)用水。

(2)工程20個專類園位置分布于整個遷地保護區(qū),僅有部分專類園位于現(xiàn)狀管網(wǎng)敷設區(qū)域內(nèi),且現(xiàn)狀管網(wǎng)僅為干管設計,各專類園區(qū)內(nèi)部節(jié)水灌溉系統(tǒng)并未涉及。因此,必須針對秦嶺植物園遷地保護區(qū)20個專類園區(qū)進行相應的節(jié)水灌溉系統(tǒng)設計。

(3)對秦嶺植物園遷地保護區(qū)20個專類園區(qū)的節(jié)水灌溉設計,對水資源進行調(diào)蓄、分配和利用,是秦嶺植物園遷地保護區(qū)環(huán)境保護的需要。

(4)灌溉技術(shù)將向著節(jié)水節(jié)能、優(yōu)化調(diào)度、現(xiàn)代化的管理等方向發(fā)展。對秦嶺植物園遷地保護區(qū)20個專類園區(qū)推行節(jié)水灌溉,是秦嶺植物園遷地保護區(qū)節(jié)水的需要。

1.2 工程建設的可行性

(1)秦嶺國家植物園是由陜西省政府、國家林業(yè)局、中國科學院、西安市政府聯(lián)合共建,為世界第一大植物園,為國家重點扶持項目,政策方面國家給予大力支持。

(2)秦嶺國家植物園遷地保護區(qū)位于西安市周至縣境內(nèi),緊鄰S107旅游專線,園區(qū)內(nèi)緊鄰田峪河有硬化道路覆蓋。區(qū)內(nèi)通訊、交通條件良好。

(3)園區(qū)地理位置優(yōu)越,位于赤峪河、田峪河兩大河流之間,田峪河為黑河一級支流,上游基本無居民居住,水質(zhì)良好未經(jīng)污染,從未出現(xiàn)斷流現(xiàn)象,作為灌溉用水水量充足。

(4)根據(jù)周至縣水政水資源委員會批復,項目可在田峪河取水,取水量最高可達0.5 m3/s,現(xiàn)狀工程實際引水設計最大引用流量0.15 m3/s,水量充沛,可滿足植物園遷地保護區(qū)灌溉用水。

2 工程規(guī)模

2.1 已建成調(diào)蓄工程規(guī)模

已成蓄水池共三座和翠湖作為調(diào)蓄用水。三個蓄水池中1#、2#中位水池池底高程為555.00 m,容量合計為2000 m3;云橫路東側(cè)拆遷原址的高位水池,容積2000 m3,池底高程635.00 m。翠湖位于距中位水池約200 m西側(cè),調(diào)蓄容積為4萬m3。調(diào)蓄水池作為管網(wǎng)調(diào)壓蓄水所用,供人飲、集賢產(chǎn)業(yè)園、專列園灌溉用水。

2.2 新建調(diào)蓄工程規(guī)模

根據(jù)各專類園和特色植物區(qū)布置位置,結(jié)合地形地質(zhì)及人文地理條件,布置蓄水池一座,容積100 m3,調(diào)蓄湖一座,容積60000 m3,40 m2泵房一座,60 m2泵房一座。蓄水池結(jié)構(gòu)均采用國家建筑標準設計圖集,為矩形結(jié)構(gòu),使用《矩形鋼筋混凝土蓄水池》(05S804)。池頂覆土厚度0.5 m,設檢修孔、溢流管和放空管。

3 噴灌工程設計

根據(jù)20個專類園的植物特點及位置分布,將灌溉系統(tǒng)分為四個系統(tǒng)。每個系統(tǒng)內(nèi)使用噴灌、微灌相結(jié)合的方式進行灌溉。根據(jù)其所栽種植物的習性以及當?shù)鼐唧w情況選擇旋轉(zhuǎn)式噴頭、扇形噴頭、滴灌帶、涌泉噴頭、根部灌水器等灌水器進行灌溉。灌溉形式有噴灌、滴灌及小管出流等形式。下面以蔬菜園噴灌為例進行計算和布置。

3.1 水量平衡計算

設計用水量:

式中:Q為設計用水量,m3/h;A為設計灌溉面積,hm2;η為灌溉水利用系數(shù),取0.95;Ea為設計日耗水強度,mm/d;Po為當?shù)赜行Ы邓?,mm/d,取 0。

經(jīng)計算,設計用水量為9.47 m3/h。

3.2 設計參數(shù)確定

根據(jù)蔬菜園植物需水實驗資料,結(jié)合設計的具體情況,噴灌工程設計參數(shù)見表1。

表1 設計參數(shù)

3.3 管網(wǎng)布設

噴灌系統(tǒng)輸水管網(wǎng)由主管、支管和輔管組成。其中主管沿道路布置,支管用異徑三通與主管相連,每條支管根據(jù)灌溉面積不同來控制輔管,控制長度140 m,支管安裝電磁閥與田間控制器,輔管平行于主管布置,輔管每隔5 m接噴頭,噴頭選用旋轉(zhuǎn)噴頭,噴頭射程為6.9 m,流量為0.22 L/s。

3.4 灌水器選擇

灌水器包括微噴頭和滴頭,其質(zhì)量的好壞直接影響到微灌系統(tǒng)工作是否可靠、灌水質(zhì)量好壞和工程投資。因此灌水器的選擇必須考慮以下條件:(1)作物種類和生長階段;(2)土壤性質(zhì),對輕質(zhì)土壤可選擇大流量灌水器;(3)出水均勻、穩(wěn)定;(4)抗堵塞能力好;(5)制造精度高,制造偏差系數(shù)CV=0.03~0.07;(6)結(jié)構(gòu)簡單,便于制造安裝;(7)堅固耐用,價格低廉。

根據(jù)上述選擇條件,結(jié)合當?shù)氐乃|(zhì)狀況以及種植作物的特點。選用與雨鳥散射噴頭通用的可安裝在雨鳥散射噴頭1800和US的噴體上的旋轉(zhuǎn)噴嘴。其噴灑半徑4 m~7.3 m,噴灑強度15.2 mm/h。它區(qū)別于一般散射噴頭的特點是灌溉強度低至15.2 mm/h。灌溉均勻度更高,適應性更強,可以按照等噴灌強度噴嘴設計[1]。

3.5 同時工作的噴頭數(shù)

式中:Q為系統(tǒng)灌溉流量,32 m3/h;q為噴頭流量,0.04 m3/h。

根據(jù)系統(tǒng)流量及單個噴頭流量,確定系統(tǒng)控制的噴頭個數(shù)為150個,同時工作的支管數(shù):

式中:n噴頭為1根支管上的噴頭數(shù),一根支管控制四根輔管,每條輔管長度140 m,噴頭間距5 m。

經(jīng)計算最大支管數(shù)為5條。

3.6 灌溉制度與系統(tǒng)工作制度的確定

3.6.1 設計灌水定額

設計灌水定額,即每一次灌水數(shù)量,其計算公式采用:

式中:m為設計灌水定額,mm或m3/畝;γ為土壤容重,γ=1.40 g/cm3;Z為計劃濕潤層深度,噴灌Z=30 cm;P為土壤濕潤比,取60%;β為田間持水量,為24%;θmax為適宜土壤含水量上限,θmax=90%β;θmin為適宜土壤含水量下限,θmin=65%β;η 為灌溉水利用系數(shù),取0.95。

經(jīng)計算,m=15.92 mm=10.61 m3/畝。

3.6.2 設計灌水周期

設計灌水周期,即在連續(xù)無雨條件下,某種作物需水臨界期的允許最大灌水間隔時間,采用下式計算:

式中:T為設計灌水周期,d;Ea為作物日耗水強度,mm/d;η為灌溉水利用系數(shù)。

計算滴灌灌水周期T=3.36 d,取T=4 d。

3.6.3 一次灌水延續(xù)時間

式中:m為設計灌水定額,15.92mm;q為1個噴頭的流量,0.04m3/h;b為支管間距,5 m;l為沿支管的噴頭間距,5 m。

計算一次灌水延續(xù)時間,t=6.12 h。

3.6.4 噴灌系統(tǒng)灌溉制度

此次噴灌工程以一條支管控制的灌溉范圍為基本灌水單元,一條支管構(gòu)成一個輪灌組。每個輪灌組運行時,該輪灌組內(nèi)的支管上輔管全部開啟,一個輪灌組灌水完成后開啟下一個輪灌組內(nèi)的支管,再關(guān)閉前一個輪灌組內(nèi)的支管。此種輪灌方式水量相對集中,管理簡便。

4 結(jié)語

噴灌技術(shù)是一種較為先進的節(jié)水灌溉技術(shù),節(jié)約用水是我國十分重要的項目,國家需利用科學技術(shù)促進噴灌技術(shù)的發(fā)展,以便于水資源的高效利用和節(jié)約[2]。根據(jù)本工程建設條件,工程總體布置按照技術(shù)方案合理,投資節(jié)省、施工容易、運行管理方便等目標,對輸水線路進行方案的比較,擇優(yōu)選取施工條件好、線路較短、地形起伏相對較小的輸水線路,同時,結(jié)合輸水線路比選,對不同輸水管材、管徑及敷設方式等方案進行比較。因此,從工程總體布置及其各組成部分的工程布置看,均按照前述目標進行了優(yōu)選,工程的建設和運行都將會取得較好的節(jié)水效果。

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