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 单数 量 位 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% 22．5 上限 6 适宜的土壤含水率% 15 下限 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，
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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 Q T Ia η (hm2) (m3/h) (t/d) (mm) (%) 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：
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滴灌工程预算表
单位:万元
种植模式 一膜两管 一膜一管 项目名称 (毛管间距0.9m) (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
项目名单位 数 量 总 价 亩投资 称 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 米 1850 1850 60458 60458 111.96 111.96 PVC160 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 万米 40.4 26.27 80800 52540 149.6 97.3 φ16 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 Z P γ θ(mm) (m) (%) max θmin η (g/cm3) (%) (%) (%) 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
作物灌 溉灌水定额 456789灌溉 名 称 方 式 月 月 月 月 月 月 定 额 膜下 定额 10 15 15 20 20 10 200 棉滴 灌 (m3/亩) 花 次 数 1 1 3 3 3 1 12 四、 确定管系总体布置
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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 13.3-813.3-80 13.3-80 △=13.3 0 △=13.3 △=13.3 △=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 同左 同左 同左 (14m或15.4m) 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 同左 同左 同左 (120或132条) 毛管长度 66.7 66.7 66.7 66.7 毛管流量 0.466 m3/h 同左 同左 同左 (0.578 m3/h) 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
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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/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。
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滴灌区潜水泵性能参数
水泵 流量 扬程 电机 转 速 额定 适用 型号 m3/h m 功率 r/min 电压 井径 kw V 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）
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据上述分析计算，该滴灌工程年费用（C）为： Lm3(0.9m)=L3/A=404000/540=748(m) C=C1+C2+C3+C4 =21316+3737.77+95079.4+2400=122533元
Lm3(1.4m)=L3/A=262700/540=486.48(m) 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
T 0.9m=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（K m）
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（L m） （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）
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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
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滴灌典型设计书
