滴灌系统设计示例
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
| 序 号 | 项 目 名 称 | 单 位 | 数 量 |
| 一 | 土壤与作物 | | |
| 1 | 土壤结构 | | 砂壤土 |
| 2 | 设计日耗水量Ea | mm/d | 4 |
| 3 | 土壤湿润层深度Z | m | 0.45 |
| 4 | 土壤设计湿润比P | % | 60 |
| 5 | 适宜的土壤含水率上限 | % | 22．5 |
| 6 | 适宜的土壤含水率下限 | % | 15 |
| 三 | 滴头 | | |
| 1 | 选型 | | 天业迷宫式 |
| 2 | 工作水头 | m | 10m |
| 3 | 流量 | L/h | 2.1 (2.6) |
| 4 | 滴头间距 | m | 0.9 (1.4) |
（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
| A (hm2) | Q (m3/h) | T (t/d) | Ia (mm) | η (%) |
| 36 | 80 | 20 | 4 | 90 |
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
| 种植模式 项目名称 | 一膜两管 (毛管间距0.9m) | 一膜一管 (毛管间距1.4m) |
| 总 投 资 | 27.8679 | 24.4638 |
| 其中:建安工程费 | 3.5751 | 3.3074 |
| 设备费 | 23.0391 | 20.0427 |
| 临时工程费 | 0.0715 | 0.0661 |
| 其他费用 | 0.9063 | 0.8054 |
| 预备费 | 0.2759 | 0.2422 |
| 亩投资(元/亩) | 516.07 | 453.03 |
滴灌工程主要材料投资分析表 单位：元
| 项目名称 | 单位 | 数 量 | 总 价 | 亩投资 |
| | 0.9m | 1.4m | 0.9m | 1.4m | 0.9m | 1.4m |
| 潜水泵 | 台 | 1 | 1 | 13379 | 13379 | 24.77 | 24.77 |
| 变压器 | 台 | 1 | 1 | 10960 | 10960 | 20.3 | 20.3 |
| 过滤器 | 套 | 1 | 1 | 9500 | 9500 | 17.6 | 17.6 |
| 施肥罐 | 套 | 1 | 1 | 1200 | 1200 | 2.22 | 2.22 |
| 干管 PVC160 | 米 | 1850 | 1850 | 60458 | 60458 | 111.96 | 111.96 |
| 支管PE63 | 米 | 2700 | 2700 | 27810 | 27810 | 51.5 | 51.5 |
| 附管PE32 | 米 | 2700 | 2700 | 6318 | 6318 | 11.7 | 11.7 |
| 滴灌管 φ16 | 万米 | 40.4 | 26.27 | 80800 | 52540 | 149.6 | 97.3 |
| 管 件 | 亩 | 540 | 540 | 19966 | 18262 | 36.97 | 33.82 |
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
| m (mm) | Z (m) | P (%) | γ (g/cm3) | θmax (%) | θmin (%) | η (%) |
| 32.6 | 0.45 | 60 | 1.45 | 22.5 | 15 | 90 |
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
| 作物名 称 | 灌 溉方 式 | 灌水定额 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 灌溉 定 额 |
| 棉花 | 膜下 滴 灌 | 定额 (m3/亩) | 10 | 15 | 15 | 20 | 20 | 10 | 200 |
| 次 数 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 1 | 12 |
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
| 轮灌顺序 | 干 | 第一组 | 第二组 | 第三组 | 第四组 |
| 项目名称 | 管 | 一分干 | 一分干 | 二分干 | 二分干 |
| 管长(m) | 200 | 800 | 800 | 800 | 800 |
| 流量m3/h | 80 | 13.3-80 △=13.3 | 13.3-80 △=13.3 | 13.3-80 △=13.3 | 13.3-80 △=13.3 |
| 轮灌小区 | | 9(7) | 9(7) | 9(7) | 9(7) |
| 支管编号 | | 支1-支6 | 支7-支12 | 支13-支18 | 支19-支24 |
| 支管长度 | | 112.5m | 112.5m | 112.5m | 112.5m |
| 支管流量 | | 13.3m3/h | 13.3m3/h | 13.3m3/h | 13.3m3/h |
| 附管1-9 | | 开一条附管 | 开一条附管 | 开一条附管 | 开一条附管 |
| 附管长度 | | 11.7或 12.6m (14m或15.4m) | 同左 | 同左 | 同左 |
| 附管流量 | | 13.3m3/h | 13.3m3/h | 13.3m3/h | 13.3m3/h |
| 毛管条数 | | 156条或168条 (120或132条) | 同左 | 同左 | 同左 |
| 毛管长度 | | 66.7 | 66.7 | 66.7 | 66.7 |
| 毛管流量 | | 0.466 m3/h (0.578 m3/h) | 同左 | 同左 | 同左 |
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
| d(mm) | k | Cu | S(m) | qd( L/h) | [△h2] (m) | Nm(个) | L(m) |
| 16 | 1.2 | 90% | 0.3 | 2.1 | 1.85 | 253 | 75.9 |
| 16 | 1.2 | 90% | 0.3 | 2.6 | 1.87 | 222 | 66.6 |
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/hn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=51mmv—塑料管经济流速，m/s,一般取v=1.2~1.8m/sQ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HH=Zp-Zb+h0+∑hf+∑hwH—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
| 水泵 型号 | 流量 m3/h | 扬程 m | 电机 功率 kw | 转 速 r/min | 额定 电压 V | 适用 井径 mm |
| 250QJ80-80/4 | 80 | 80 | 30 | 2875 | 380 | >250 |
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=0.19R1.4m=[(1+0.1)15 –1]/0.1(1+0.1)15×(129600-94232)/244638=1.14、 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13669010075liuhaoweiwudi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
