按照兵团水利局、兵团节水办“关于召开兵团节水灌溉规划设计研讨会的通知”的要求，根据农八师几年来在大田作物膜下滴灌技术上的实践和研究，此次滴灌系统典型设计综合农八师的具体情况做如下简要介绍：

 

一、 基本资料

（一） 地形

农八师垦区地处天山北麓中段，古尔班通古特沙漠南缘。全垦区土地面积7529平方公里。垦区地势由东南向西北倾斜。垦区地形由南向北依次为天山山区、山前丘陵区、山前倾斜平原、洪水冲积平原、风成沙漠区。

（二） 土壤

农八师土壤缺氮面积大，全氮含量低于1%的面积占78%，碱解氮低于60ppm的面积占76%。土壤普遍缺磷，含量低于10ppm的面积占77.5%。土壤含钾丰富，约在100ppm以上。

土壤多系灰漠土、潮土、草甸土，土质多系砾质土、沙质土、粘质土等。根据农八师土壤普查结果，本设计取占范围较广的砂壤土。

（三） 作物

全垦区有效灌溉面积266万亩，其中以棉花为主。棉花种植面积占总播种面积的46.5%。本设计示例选棉花。种植模式采用：一膜两管四行--宽窄行30×60cm,滴灌带间距90cm；一膜一管四行--（25+30+25）×60cm，滴灌带间距140cm。

1、 滴灌工程设计参数的确定

根据农八师目前棉花种植模式和多年实践，确定如下设计参数。

典型滴灌系统设计基本资料

 

（四） 水源

垦区水资源来源主要为地表水（库水、河水）和地下水。目前垦区滴灌节水工程水源以井水为主,单井流量为80立方米/小时，动水位埋深在40米左右。

（五） 气象

垦区平均海拔300-500米左右，呈典型的温带大陆性气候，冬季长而严寒，夏季短而炎热。年平均气温7.5℃-8.2℃，日照2318-2732小时，无霜期147-191天，年降雨量180-270毫米，年蒸发量1000-1500毫米。蒸发强烈，降水稀少，气候十分干燥，光照充足，热资源丰富。

（六） 动力

原有机井泵大多为250QJ80-60/3或250QJ80-40/2，需更换水泵及变压器。但原有高压电线不需更换。

 

二、 设计内容

按照农八师多数条田的规划布置方式，采用东西长800米，南北宽450米的条田进行规划设计。种植作物为棉花，种植模式采用宽窄行60×30cm与60×（25+30+25）cm，一膜两管四行与一膜一管四行，滴灌带间距0.9米与1.4m。作物东西方向种植。耕层土壤为砂壤土。

1. 管道系统

滴灌系统采用如下结构：

水源（井水加压）→计量装置（水表、压力表）→离心式过滤器（进排气装置）→施肥罐（施肥控制装置）→网式过滤器（排砂控制装置）→分干管（地埋PVC管）→支管（地面PE黑管）→附管（地面PE黑管）→滴灌带→滴头。

为减少水头沿程损失，降低能耗，管道系统中支管与分干管，滴灌管（带）与支管，干管与分干管按各条田的具体形状，以优化方式采用鱼骨式或梳型两种方式布置，目的是达到操作管理方便，系统投资和运行费用最低的效果。

2. 泵站

根据水力计算结果，选择250QJ80-80/4的潜水泵，可满足滴灌系统工作压力和设计流量。

在过滤器出口安装水表、逆止阀，在过滤器和施肥罐的前后分别设置一个压力表，观察其压力变化。

在滴灌系统的最高处设置进排气阀，以调节管网进气和排气，防止停水时管网内产生负压，和开始供水时，管网排气不畅产生气阻，使管网破坏，影响正常供水。

3. 水源

灌溉用水以井水为水源，单井出水量80m3/h。动水位埋深40米。

水量平衡计算

A=ηQt/10Ia

4. 运行方案

系统布置两条分干管，两条分干管分别运行，采取轮灌的方式。同时开启的支管做为一个轮灌组，共分四个轮灌组。每个轮灌组有9个轮灌小区。先开启一分干的支1-支6，每条支管各开一条附管做为一个轮灌小区，一次灌水延续时间为4.2小时,一个轮灌组分9次灌完。当一个灌水小区灌水结束后，先开下一个小区，然后关闭灌水结束小区，严禁先关后开。

一分干的支7-支12做为一个轮灌组，二分干的支13-支18做为一个轮灌组，二分干的支19-支24做为一个轮灌组，其运行方式同一分干的支1-支6。

5. 设备投资预算及经济分析

本工程投资预算编制,依据新水基字[1992]第11号和[96]第004号文进行编制。其综合费用、临时费用、其他费用均按兵团水利局水利水电处发《新疆兵团2000年灌区续建配套及节水灌溉示范项目实施方案编制》执行，按示范项目计取。工程投资预算及设备投资预算分析表如下：

 

 

 

 

 

滴灌工程预算表

                                        单位:万元

 

滴灌工程主要材料投资分析表

                                            单位：元

平均材料费:一膜两管(0.9m)  426.65元/亩

一膜一管(1.4m)  371.16元/亩  

三、 灌水定额和灌水周期的拟定

(1) 灌水定额。

     m=0.1γzp(θmax-θmin)/η

棉花灌水定额

注：此定额为棉花花铃期的灌水定额。

(2) 灌水周期。(T)

根据大田实测取棉花日耗水量Ea=4mm/d，则灌水周期

T=m滴/Ea·η=32.6/4×0.9=7.34d

取灌水周期为8天。

(3) 一次灌水延续时间（t）

t0.9m=（m滴·Se·SL）/qd=32.6×0.3×0.9÷2.1=4.2h

轮灌组N=20h/d×8d÷4.2h/组=38，根据实际情况取N=36组。 

t1.4m=（m滴·Se·SL）/qd=32.6×0.3×1.4÷2.6=5.27≈5.3h

轮灌组N=20h/d×8d÷5.3h/组=30组,根据实际情况取N=28组。

(4) 灌溉制度确定

根据农八师五年来大田棉花膜下滴灌灌溉制度的研究和实践应用，确定灌溉定额如下表：

棉花膜下滴灌灌溉制度表

 

四、 确定管系总体布置

典型设计地块形状及系统布置见附图，设计条田分南、北两个地块。棉花东西播种。水源井位于地块的西头。由水源井沿地边分别向南、北分出一条主干管，在南、北地块的中间分别布置一条分干管，并垂直于主干管。干管和分干管管材选用PVC管材，管径为φ160。支管垂直于分干管，两边布置，便于双向控制，地下埋深80cm。支、附、毛管铺设在地面，均是鱼骨式布置。支管的间距是由毛管的铺设长度决定的，即毛管最大铺设长度的两倍，经计算为134m。支管的管材选用φ63PE黑管。附管平行支管布置，由一个球阀控制,便于轮灌组的管理和化分。毛管垂直于附管与支管布置，毛管间距为0.9m与1.4m。每两行棉花布置一条毛管或每四行棉花布置一条毛管。毛管选用φ16.5mm的单翼迷宫式滴灌带.首部枢纽装置布置在水泵的旁边,便于操作与管理。为冲洗管道的淤积物和冬季到来之前排干管中的积水，在分干管的末端（较低处）布置了排水井。

五、 滴灌设备选型

滴灌设备包括水泵、过滤装置及干、支、附、滴灌管。机井流量为80m3/h，控制面积540亩，根据水量平衡计算及水力计算结果，选潜水泵250QJ80-80/4。根据机井水质情况, 由于机井中含有一定的泥沙及有机物，采用4″/120目组合式过滤器。首级过滤器为离心过滤器（LX-400-100 1件），次级过滤器为网式过滤器（WS-160×50  4件并联）。查性能曲线可知,水头损失为6-8m。施肥系统选用容量为150L。

六、 拟定滴灌系统的工作制度

本系统运行时,每次运行一条分干管,并开启分干管上的6条支管,因此分4个轮灌组；然后每次开启支管上的一条附管，就是经计算确定的一个轮灌小区,使附管上的所有毛管同时供水。

经计算，每条支管上有9条（7条）附管，即9（7）个轮灌小区。一条附管带26（22）条或28（24）条毛管，一个轮灌小区共有156（132）或168（144）条毛管。

故典型滴灌系统的轮灌组为4个，轮灌小区有36（28）个。

七、 编制轮灌顺序，确定各级管道设计流量

典型滴灌设计轮灌顺序表

八、 管道设计及水力计算

滴灌带选用单翼迷宫式滴头，当滴头间距0.3m,滴头流量q=2.1L/h时，q=0.502h0.607；当滴头间距0.3m,滴头流量q=2.6L/h时，q=0.653h0.600。

1. 毛管与滴头间距的确定

棉花种植模式为一膜两管四行或一膜两管八行，滴灌带选用新疆天业塑化集团生产的内径为16mm的PE单翼迷宫式滴灌带，以该产品的参数进行设计。一膜两管模式：一根毛管灌两行棉花，滴灌带间距0.9m，滴头间距0.3m，滴头流量2.1L/h，流态指数X=0.607；一膜一管模式：一根毛管灌四行棉花，滴灌带间距1.4m，滴头间距0.3m，滴头流量2.6L/h,流态指数X=0.600。 

2. 毛管极限长度的校核

毛管的极限孔数（毛管按均匀地形坡计算）：

Nm=INT{(5.466[△h2]d4.75)/( kSqd1.75)}0.364 

 

毛管的铺设长度L毛= Nm×0.3,根据地块的实际长度,可布6条支管，12条毛管,取毛管的长度为66.67米。

3. 各级管道管径的确定及水力计算

管道管径的确定方法选择经济流速法。塑料管材的经济流速一般取v=1.2~1.8m/s

(1) 毛管水头损失的计算：

Q毛=n滴·qd=222×2.1=466L/h

n滴=66.67÷0.3=222个

毛管内径为16mm>8mm ，可认为管内流态为光滑紊流，故可计算：       

沿程水头损失hf毛=fsqdm/db[（N+0.48）m+1/(m+1)-Nm(1-So/S)]

(5) 附管水头损失的计算：

沿程水头损

hf附=fSqdm/db[(N+0.48)m+1/m+1-Nm(1-S0/S)]

(6) 配水支管管径及水头损失计算：

d支=[4Q支/(πv)]0.5

    =[4×13.3÷（3.14×1.8×3600）] 0.5=51mm

v—塑料管经济流速，m/s,一般取v=1.2~1.8m/s

Q支—支管流量，m3/h，Q支=Q/6=80/6=13.3 m3/h。

根据聚乙稀微灌管规格，支管拟选用PE63×4.7/0.4

沿程水头损失

hf支=fQ支mL/db

(7) 干管管径及水头损失计算：

d干=[4Q干/(πv)]0.5

     =[4×80÷（3.14×1.5×3600）] 0.5

     =137.4mm

根据聚氯乙稀微灌管规格，总、分干管拟选用PVC160×4.7/0.6。由于考虑以后的滴灌改喷灌及运行方式的调整，干管不考虑变径。

沿程水头损失

hf干=f(∑Q干nmLn/dnb) 

九、 水泵选型

（1） 计算微灌系统设计水头H

H=Zp-Zb+h0+∑hf+∑hw

H—微灌系统设计水头，m；

Zp-Zb—典型毛管进口与水源设计水位之间的高差，m；

Ho—典型毛管进口的设计水头，取h0=10m；

∑hf—水泵至典型毛管进口的管道沿程水头损失，m；

∑hw—水泵至典型毛管进口的管道局部水头损失，m。

取二级过滤冲洗排污的水头损失之和为10m，机井动水位取40m,抽水损失为4.84m，枢纽中各级闸阀的局部水头损失之和为1.0m。

则H= 78m

（2） 机泵选型

机井的稳定动水位取40m，据管网设计流量和工作压力，查水泵手册，初选井用潜水泵，250QJ80-80/4。

 

 

滴灌区潜水泵性能参数

 

 

十、 管网结构设计

   因塑料管的线胀系数很大,为使管线在温度变化时可自由伸缩,初步拟定干管上每100m设置一个双括管(即伸缩节)。

   在直径大于50mm的管道末端、转弯、分岔和阀门处应设镇墩，干管每隔200m设一镇墩60×60cm。为保证系统管网的正常运行，需在管路上安装控制和保护装置。

管道埋深根据地面荷载和机耕要求,干管埋深60cm,为控制各分干管的运行,分干管首部设控制闸阀,尾部设泄水阀,各闸阀均砌阀门井保护。

 

十一、 绘制技施设计图

滴灌系统工程平面图、管系结构示意图及阀门井示意图详见图1-图3。

十二、 主要设备与投资预算

典型示范区540亩滴灌工程总投资27.8679万元。其中建筑工程费用3.5751万元，设备费23.0391万元，临时工程费用0.0715万元，其他工程费用0.9063万元，预备费用0.2759万元。节水灌溉材料设备、规格、数量及价格见表六。项目主要设备选型表、临时工程费及其他工程费详见预算：表一至表五。一膜一管膜式的投资预算及材料表见表七至表十二。

十三、 工程效益分析与技术指标计算

1、 工程年增效益（B）

项目区棉花单产由滴灌前的83公斤（皮棉），提高到107公斤，提高28%。540亩棉花净增12960公斤。按现行价每公斤10元计，可增收129600元。

2、 滴灌工程年费用（C）的计算

（1） 能耗费（C1）

取棉花多年平均累计灌水次数为12次，每次平均灌水定额15m3/亩，灌溉定额约200 m3/亩，灌溉系统水利用率0.95,每kw·h的电价为0.5元，经计算后为：

C1=540×200×30×0.5÷80÷0.95=21316（元）

（2） 维修费（C2）

 地埋管道及管件的年平均修理费为投资的1%,水泵及首部装置的年平均修理费为投资的5%

则C2=63122×1%+62131×5%=3737.77（元）

（3） 微灌工程年折旧费（C3）的计算

地埋管材管件(20年折旧) D1=k1/n=63956/20=3197.8（元）

地面管材管件（6年折旧）D2=K2/6=49946/6=8324（元）

首部装置(15年折旧)   D3=k2/n=24339/15=1622.6（元）

机泵仪表(10年折旧)   D4=k3/n=11350/10=1135（元）

毛管    (当年折旧)    D5=k4/n=80800/1=80800（元）

则C3=3197.8+8324+1622.6+1135+80800=95079.4（元）

（4） 微灌工程年管理费（C4）

由于滴灌面积较大，需水量大，灌水时间长，管理任务重，系统需有2名专职人员进行管理。从每年的4月下旬至9月初共4个月的时间。按当地工资水平，管理人员的月工资以300元/人计,则系统年管理费(C4)应为

C4=4×300×2=2400（元）

据上述分析计算，该滴灌工程年费用（C）为：

C=C1+C2+C3+C4 =21316+3737.77+95079.4+2400=122533元

3、 工程经济效益费用比（R）

R=[(1+i)n –1]/i(1+i)n·(B-C)/K

若取年利率i=10%，经济计算期n=15年，则：

R0.9m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15×(129600-122533)/278679

=0.19

R1.4m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15×(129600-94232)/244638

=1.1

4、 还本年限（T）静态法

T0.9m=K0.9m /M=278679/129600=2.15年≈2.5年

T1.4m=K1.4m /M=244638/129600=1.9年≈2年

5、 工程技术指标计算

本项目实施后，可使灌溉水的利用率由目前的40%提高到90%以上，与地面灌相比，可节约灌溉用水50%以上，节约耕地5%-7%。其他技术经济指标如下：

1） 亩投资（Km）

Km0.9m=K0.9m/A=278679/540=516.07 (元/亩)

Km1.4m=K1.4m/A=244638/540=453.03(元/亩)

2） 滴灌工程设备投资（Sm）

Sm0.9m= S0.9m /A=230391/540=426.65 (元/亩)

Sm1.4m= S1.4m /A=200427/540=371.16 (元/亩)

3） 亩管道用量（Lm）

（1） 亩干管用量（Lm1）

Lm1=L1/A=1850/540=3.43(m)

（2） 亩支、附管用量（Lm2）

Lm2=L2/A=2700*2/540=10(m)

（3） 亩毛管用量（Lm3）

Lm3(0.9m)=L3/A=404000/540=748(m)

Lm3(1.4m)=L3/A=262700/540=486.48(m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

新疆生产建设兵团农八师

棉花膜下滴灌

 

 

典

型

设

计

书

 

 

 

 

农八师水利局天兴设计室

二OO一年七月

 

 

 

 

新疆生产建设兵团农八师

棉花膜下滴灌

典型设计书

13669010075

liuhaoweiwudi

审定：张  敏

       审核：杨国庆 马玉忠

校核：苏  军

编写：李雪芹

 

 

农八师水利局天兴设计室

二OO一年七月