葡萄园节水灌溉报告.docx
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葡萄园节水灌溉报告
第一章建设内容
1.1示范区的节水灌溉项目建设内容
仰天岗农业科技园种植是我市最大的葡萄园,是农村产业结构调整的一大重要举措,是采用先进灌溉技术——滴灌的节水示范项目工程,符合国家的农业产业政策,项目建设十分必要且可行。
大家对工程建设的原望非常迫切,积极性很高。
据此,根据《微灌工程技术规范》(SL103-95)和《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288-99),我院编制了《新余市仰天岗农业科技园节水灌溉项目实施方案》。
本项目工程为滴灌节水灌溉示范项目。
此次设计的200亩葡萄利用井水作水源,通过提水泵站,将水提至果园场边的蓄水池内,再通过场边蓄水池外的首部枢纽水泵站加压,将水输往各输配水管网,再至滴头对葡萄进行灌溉。
其建设内容主要有:
1、主要工程量
主要工程量为:
取水管道87m,输配水干支管道2885m,毛管44447m,连接管17779m,滴头88893个,土石方开挖1568m3,土方回填1230m3,U40槽1330m,U30槽4270m,泵房2座,泥结碎石路面2535m2,机井一口,水泵、电机各3台,变压器安装1台以及相关的控制设备安装。
工程设计施工期2个月。
2、投资主要指标
按2009年一季度价格水平进行工程概算,本工程总投资89.70万元。
工程投资中建筑工程67.24万元,机电设备及安装工程11.65万元,独立费用8.19万元,基本预备费2.61万元。
3、工程效益
本工程节水灌溉项目总面积200亩,亩增产葡萄500kg,总增产量100000kg,预计年总增收60万元。
详见节水灌溉示范项目建设内容汇总表。
1.2节水灌溉示范区建设的指导思想和原则
1、指导思想
坚持“节水型建设和增水型建设相结合,以节水型建设为主”的水利建设方针,建立节水型农业,走节水灌溉的道路,实现灌溉用水从粗放型向集约型转变,实现传统农业向现代农业的转变。
2、原则
(1)实事求是原则
开展节水型社会建设试点,就是结合当地的实际情况,体现节水型社会的本质特征。
(2)健全管理机制与完善工程配套措施相结合的原则
节水型社会建设试点以水权管理为突破口,实行政府调控、准市场配置、公众参与,同时充分运用工程措施、经济手段和科技力量,加强硬件设施建设,紧紧围绕制度建设,工程措施与非工程措施相互配合,实现节水增效的试点建设目标。
第二章基本资料
仰天岗农业科技园位于新余市城区北部,座落在湖陂村委,东径114°50′北纬27°48′,距新余市城区2.5km。
本项目为新余市政府规划的现代农业科技园的一个组成部分。
现代农业科技园是农业生产力发展到一定水平的必然产物,是我国由传统农业向现代农业转变的新的组织形式,对农村经济的进一步发展,促进农业高新技术的集成和转化,加速农业现代化进程有重要的先导意义和实践意义。
本项目位于沪瑞高速公路和新余到上高公路的旁边,对外交通十分的便利。
赣江水系袁河支流孔目江水也从本项目侧边流过,水量和水质均可满足本项目的要求。
本次设计由于灌溉面积较少,根据业主要求暂时用机井水作为本次灌溉水源。
新余市现有丰富的种植葡萄的成熟经验,湖陂村现就是一个种植葡萄的专业村。
此项目面积200亩。
2.1地理位置
仰天岗管委会位于新余市城区北部,孔目江的下游。
东与渝水区交界,西与分宜县毗邻,北与上高接壤。
地理位置坐标为:
东径114°50′北纬27°48′,总面积48平方公里。
2.2地质条件
仰天岗管委会地貌以丘陵为主。
全区地貌类型主要有:
构造侵蚀低山地形、构造侵蚀高丘陵地形、构造侵蚀低丘陵地形、侵蚀剥岗地形、河流阶地地形等五种。
仰天岗管委会地下水主要可分二种类型:
西北部为碳酸盐地层,岩溶发育,地下水较为丰富,为岩溶富水区;孔目江两岸为松散堆积层,含孔隙水,土质渗透性大,地下水位较高,水量丰富。
果园场区内出露的地层较简单:
主要为第四系残、冲、坡积层含碎石粉质粘土及粉质粘土,呈可塑—硬塑,有一定的厚度。
本此设计项目基地面积为200亩葡萄。
2.3水文气象
果园场属亚热带湿润气候,四季分明,雨量充沛,光照充足,有霜期短。
区内多年平均气温17.8℃,极端最高气温39.1℃,极端最低气温-8.3℃,全年无霜期262天;多年平均降雨量为1582.3mm,最大年降水量2125mm,最小年降水量986.8mm。
年内降水分布不均,4~6月雨水偏多,降水量占全年的46%,10~12月雨水偏少,降水量仅占全年的12%左右。
第三章技术设计方案
3.1总体设计
3.1.1灌溉形式
现代灌溉设备是节水型农业的基础条件,是实现农业可持续发展、建设节约型社会的需要。
现代灌溉设备按组成灌溉系统的形式和灌水器出水流量的大小分为喷灌设备和微灌设备二种。
喷灌以管网或机组的形式将水源输送、分配到田间,由灌水器(喷头)喷射到空中,降落在地面,喷头的流量5-40m3/h;与地面灌溉相比,省水30-50%,增产10-30%。
微灌以管网的形式将水源输送、分配到田间,由灌水器(滴头、滴灌带、微喷头)以滴流或喷洒的方式直接施灌到作物附近的土壤,灌水器的流量只有2-200mm/h;与地面灌溉相比,省水50-80%,增产30%以上,是用水效率最高的节水技术。
微灌又分为微喷灌和滴灌。
本工程对微喷灌、滴灌二种方式进行方案比较。
第一方案:
滴灌采用流量为2L/h,工作压力为2.5公斤的滴头进行地表滴灌,滴头为压力补偿式。
第二方案:
采用微喷头进行喷灌。
微喷头采用插地式,一个离心式微喷头,一支0.7m的插杆,1.2的PE软管,一只旁通。
各方案的工程量及造价如表3-1。
表3-1灌溉形式方案比较表
项目内容
单价(元)
方案一
方案二
数量
合价(万元)
数量
合价(万元)
滴头(个)
2.0
88893
17.78
0.00
微微喷头(个数)
2.7
0.00
88893
24.00
装机容量(kw)
6
0.00
8
0.00
年总耗电(kw.h)
1
211
0.02
306
0.03
灌水定额(m3/亩)
14.5
0.00
15.8
0.00
灌水量(万米3)
1000
0.31
0.03
0.32
0.03
投资(万元)
17.83
24.06
备注:
相同项目不列入比较
从表中数据可以看到,采用方案一----滴灌投资更省,而且国内葡萄园都采用滴灌形式,因此,本工程采用滴灌灌溉形式。
滴灌系统组成包括水源工程(包括水源、提水设备、加压设备、蓄水池等)、首部工程(包括水过滤和混肥装置)、输配水管网(包括干管、支管、毛管和滴头等)三个主要部分。
具体见上图。
3.1.2滴头布置方式
此次灌溉工程采用附近打井引水灌溉,根据项目区地形地貌,拟沿最短距离布置提水管线,既在果园的西北面设取水井口,提水管线总长87m,管径为40mm,流量为7m3/h。
故初选用水泵型号QJ150-26,扬程62m,装机容量3kw。
(部分资料需待业主提供完善)
通过一级提水泵站,将机井水提至果园场的蓄水池内,再通过场内蓄水池外的首部枢纽水泵站加压,将水输往各输配水管网,再至滴头对葡萄进行灌溉。
滴头布置可采用方案一:
一株布置一个滴头和方案二:
一株布置两个滴头。
根据滴头的布置方式不同,输水管道的选型和材料用量也不同。
如果布置一个滴头则对葡萄的灌溉不均匀,不利于葡萄的生长。
因此,本工程采用方案二:
一株二个滴头布置方案,具体参照轮灌片大样布置图。
3.1.3水源工程
果园灌溉水源为地下水,水源点与山上果树存在一定高差,因此必须通过提灌设施将水提至蓄水池解决果树灌溉问题。
考虑果园所需的流量不大及今后的运行管理等因素综合考虑,本工程采用一级提灌一台机泵运行方案。
(部分资料需待业主提供完善)
3.1.4首部枢纽
根据果园地形和水源条件,在果园西北部(具体位置见果园布置图)的蓄水池边布置灌溉工程首部枢纽,为砖混建筑结构;并将水泵、电机、过滤和施肥设备一套安装在首部枢纽泵房内(一台备用水泵);同时设露天S9-100kvA变压器1台。
根据所选设备确定泵房尺寸为:
长7.5m、宽7.79m、高4.1m,具体见配水泵房布置图。
首部枢纽组成如图3-2所示。
(1)蓄水池
新建半径为7.5m圆形蓄水池,池深3m,采用半埋半露地下。
(2)配水设备——水泵选择
根据灌区设计流量Q总=45m3/h和总扬程H总=32.0m,经方案比较(详见“三、典型设计”章节),滴灌配水设备为一台加压水泵及配套一台电机,共2套。
选用的水泵、电机,其型号分别为SLS65-160
(1)和Y180L-8,额定流量50m3/h,电机功率11kw。
(3)控制、量测及保护装置的选择
①闸阀
在主管设闸阀2个,型号为Z45T-10型法兰闸阀,置于闸阀井内。
②球阀
在支管进口处或干、支管末端设球阀作控制阀或冲洗阀。
当管径D>65mm时选用Q13SA-16型内螺纹球阀,当D≤65mm时选用Q41NS-16型法兰球阀。
阀门应安装在阀门井内,对螺纹阀门,应在一端加装活接头。
置于简易闸阀井内。
③截止阀
首部枢纽与供水管连接处、干管分支进口处、干管末端以及施肥与灌溉水管连接处应安装J11J-10型直通式截止阀。
④逆止阀
在取水泵出水口处应安装逆止阀。
⑤减压阀
在水泵出水侧主干管上安装弹簧式减压阀。
⑥进、排气阀
在干、支管的最高处为排除管内空气应安装进排气阀,进排气阀直径应大于管道直径的1/4。
⑦压力表
在过滤器前后或压差式施肥罐前应安装2.5级压力表,压力表量程为70KPa。
⑧水表
在首部枢纽过滤器后安装水表。
(4)过滤器选择
选择双罐砂石过滤器及叠片组合过滤器。
本系统选2台叠片式过滤器,接口为3“,流量为50m3/h,最大压力为0.8Mpa。
(5)施肥罐选择
施肥装置有比例式施肥罐、压差式施肥罐、开敞式施肥桶、文丘里注入器、注射泵等,从使用广泛程度、造价和水头损失等综合考虑,选择一只型号为SFG-150压差式施肥罐,罐体容量为150L,工作压力为0.8Mpa。
(6)管网工程
①管道材料选型
目前国内微灌系统使用的管道主要采用UPVC管和PE管管材。
其中PE管比UPVC管抗老化性能好,耐高温性能更高(软化点为92℃),安全、卫生无毒、健康环保,属绿色建材;连接可靠,安装方便;适应温差大,耐腐蚀、耐老化,使用寿命长,耐磨性较差,价格昂贵。
而UPVC价格低廉,但耐高温性能较差,软化温度80℃,但软化变形后有害性,不满足无公害要求。
所以本工程干管、支管采用UPVC管,毛管采用PE管,UPVC管公压选用0.6Mpa,PE管公压选用0.4Mpa。
②管道布置
1)输、配水管网布置原则为:
a输水干管顺园区道路沿山脊最高处布置,以便控制整个灌区;干管1沿着园区主路布置;支管则垂直于等高线或果树株距布置;毛管则全部平行等高线或果树行向单向直线布置,以保证灌水均匀。
b干、支管埋深应大于500mm。
c管道与道路交叉处埋深应大于700mm,并加保护管。
2)管网布置
根据以上布置原则,其干管均具体布置如下:
从蓄水池引水,经首部过滤系统连接滴灌管网,管网按干、支、毛管三级管道布置。
由枢纽机房出水口O1点处南至A1点,O1至A1段为总干管,长225m,从总干管上沿公路布置干管1,A1至B1管长609m,在干管1上布置19条支管,根据实际地形布置管道,支管长68-178m左右不等,采用单向给毛管供水,毛管长度为50-100m左右不等。
各级管道如干管、支管、毛管布置结果见管网布置图。
3.1.5灌溉分区及时间
果园场果树品种单一,主要为葡萄,因此果园场灌溉分区不考虑作物品种结构,仅考虑灌溉方便程度。
为节省工程投资,灌区内采取分区轮流灌溉方式。
经布置比较,灌区全系统分成4个轮灌组,每个轮灌组轮灌面积为50亩左右。
抗旱时期上午10点至下午3点对葡萄不宜进行灌溉,每天工作强度为19小时。
3.1.6工程总体布置
根据以上结果,果园场滴灌工程水源工程、枢纽工程及其它各级管道如干管、分干管、支管等布置结果具体见总体布置设计图。
3.2灌溉制度
3.2.1葡萄的灌溉制度
葡萄属葡萄科植物,葡萄的果实。
为落叶藤本植物,是世界最古老的植物之一。
葡萄原产于欧洲、西亚和北非一带。
在我国长江流域以北各地均有产,主要产于新疆、甘肃、山西、河北、山东等地。
葡萄各品种在生长各个时期对温度要求是不同的。
鲜食品种在早春平均气温10℃以上,地下30厘米土温达7~10℃时开始萌发,新梢生长期和果实成熟期最适宜的湿度是28~32℃,气温偏低则生长期延长。
葡萄需水量较大,特别是新梢生长期和浆果生长期,如土壤水份不足,新梢生长和果实膨大都会受到影响,还易引起落花落果。
但是土壤水分过多,会引起土壤中缺氧,根系吸收功能减弱,甚至根系窒息死亡。
如久旱逢雨时,葡萄根系大量吸水,浆果迅速膨大而发生裂果。
因此在有条件的地方,天气干旱时,葡萄应及时灌水,保持土壤水分相对稳定。
我市的降雨量虽大于葡萄的年需水量,但由于降雨季节分布与葡萄水的需水规律不同步,短时间的干旱现象时有发生,需要进行灌溉加以调节土壤水分状况。
灌溉对促进葡萄增产,具有重要的作用,但灌水并非是越多越好,要适时适量。
应根据葡萄的需水规律,视其在各个不同的阶段对土壤水分的需求,确定合理的灌水定额,将计划湿润层内的土壤含水率控制在一个适宜的范围之内,从而为葡萄的生长创造一个良好的土壤水分环境。
葡萄需水量确定
葡萄的需水量是指在适宜的土壤水分条件下,获得高产时消耗于果树蒸腾、棵间土壤蒸发以及构成植株组织的水量。
据提供的有关试验资料:
5年生葡萄的年需水量为644.5mm。
春季(3~5月)需水量为126.5mm,夏季(6~8月)为343.8mm,秋季(9~11月)为142.7mm,冬季(12月、1月、2月)为31.5mm。
埋土防寒期需水量最小为0.5mm/d,6月需水量最大为4.2mm/d。
生长期平均需水量为2.6mm/d。
(详见表3-2)。
表3-2葡萄需水量表
生育月份
天数(d)
需水量(mm)
需水强度(mm/d)
各生育期月份
春季
90
126.5
1.4
夏季
92
343.8
3.7
秋季
91
142.7
1.6
冬季
92
31.5
0.4
作为借鉴,本次设计实施方案的需水量参考。
(1)土壤计划湿润层深度的确定
葡萄灌水定额的大小,是根据计划湿润层的土壤含水率来确定的,因此,确定灌水定额首先是要拟定土壤计划湿润层的深度,此深度主要决定于葡萄根系密集层的深度。
葡萄的计划湿润层深度,一般可取50cm。
作为借鉴,本次设计实施方案取40cm。
(3)适宜的土壤含水率
葡萄在各个不同的生长发育阶段,对水分的要求是不一样的,要符合所需,过多或过少都对葡萄不利。
①葡萄在4月20日开始萌芽,5月10日进入展叶期,此时生长量最大,约占全年生长量的60%左右,需要供给充足的水分和养分,这是葡萄生长的第一个需水高峰,土壤湿度的下限定为65%。
②花期在5月15日前后,一般为8~10天,土壤中要保持较充足的水分,花期一般不允许浇水,否则会影响正常授粉或造成落花现象,所以在开花之前应浇透水,并施花前肥。
③葡萄开花之后,幼小的葡萄开始生长,果实细胞体积迅速增大,新稍与根系也同时生长,是直接影响葡萄产量的关键,这是葡萄生长的第二个需水高峰。
如果这时缺水会使果实膨大受到影响,造成减产,所以土壤湿度的下限不低于田间持水量的85%。
硬核期果实开始成熟,应在摘收前10~15天停水。
④枝蔓成熟期减少水分是为了使当年的枝蔓能够充分木质化,提高枝蔓的抗寒能力,为来年的葡萄高产确保足够数量的果枝,这个时期土壤湿度可控制在65%左右。
设计灌水定额
按照《微灌工程技术规范》(SL103-95),按下列公式计算。
=24.9mm
相应每亩灌水定额为24.9×666.66÷1000=16.6m3
田间持水量(占土壤重量的百分比),因无实验资料,根据有关资料介绍和经验,红壤土(粘土)取40%;
P—设计土壤湿润比,葡萄滴灌为30~50%,取上限为50%;
—灌溉水的利用系数,葡萄滴灌取0.9;
—适宜土壤含水率上限(占干土重量的百分比),取85%的田间持水量即为34%;
—适宜土壤含水率下限(占干土重量的百分比),取65%的田间持水量即为26%;
Z—计划湿润土层深度(m),葡萄取0.4m;
γ—土壤容重,取1.40g/cm3;
(5)设计灌水周期
=4.48d取4.5天
E—作物需水高峰时期日平均耗水量(mm/d),见《微喷工程技术规范》表3.0.3,葡萄取5mm/d。
—灌溉水的利用系数,滴灌取0.9;
(6)一次灌水延续时间:
=18.68h
n—果树下安装滴头个数;2个
q—滴头的流量(l/h),每个2l/h。
Se—1.0m果树的株距(m)。
Sl—3.0m毛管有效间距,即果树的行距(m)。
(7)轮灌编组
为节省工程投资,灌区内采取轮流灌溉方式,允许最大轮灌片数N≤CT/t=19*4.5/18.68=4.58片。
本次设计取4片。
其中C为每天灌水时间,抗旱时期每天工作19小时;设计灌水周期T取4.5天。
这样,4.5天全果园可以轮灌一遍。
每个轮灌片包括多条支管,若干个灌水小区;支管所辖的面积为一个灌水单元——即灌水小区。
一般每一个灌水小区组成一个小轮灌片,由一条支管控制。
每个轮灌编组灌溉面积为50亩左右。
经布置比较,灌区全系统分成4个轮灌片。
具体做法:
轮灌组顺序由上而下排列,详见布置图。
具体划分见表3-3。
表3-3微灌系统轮灌组划分表
轮灌片编号
干(分干)管名称
分干(支)管名称
备注
1
干管1
支管1、支管2、支管3、支管4
2
干管1
支管5、支管6、支管7、支管8、支管9
3
干管1
支管10、支管11、支管12、支管13
4
干管1
支管14、支管15、支管16、支管17、支管18、支管19
灌溉时间:
下午3点至次日上午10点
3.3典型设计
3.3.1滴头选型
根据江西省葡萄园节水灌溉经验,结合当地气候、土壤和果树栽种实际情况,仰天岗农业科技园设计灌水均匀度Cu取90%,根据《微灌工程技术规范》可知:
相应的灌水器流量偏差率qv为0.2。
为此选定滴头规格型号为:
工作水头H=25m,额定流量q=2L/h的压力补偿式滴头,流态指数x=0.5。
具体布置:
每株葡萄树下安装2个滴头,毛管沿着果树行方向在地面上铺设,详见典型轮灌片大样图。
3.3.2水力计算
(1)系统流量计算
本次设计分四个轮灌组,每个组灌溉面积为50亩左右。
所以有总干管出水量为首部枢纽水泵设计流量Q=(50*666.7/1*3)*4=44447L/h=45m3/h(0.0125m3/s)。
(2)灌溉管道水力计算
毛管管径取D毛=20mm,支管管径用达西-维斯巴赫公式,
经试算,总管和主管的直径D=110~90mm之间。
根据管布置实际情况,干支管管径为50~40mm。
根据果园网管布置图,果园管网水力计算参考点选在支管2的C1点和支管19的B1点来选定为最不利工作情况,蓄水池水位底高程Z蓄=86.6,C1点高程为65.0m,B1点高程63.5m。
a、对于C1点的水力计算:
①支管2上的毛管水力计算
一条毛管上灌水器的允许工作水头偏差率Hv为:
式中:
qv——灌水器流量偏差,取qv=0.2;
x——微喷头流态指数,取x=0.5。
将数值代入式中计算得:
Hv=0.41。
毛管上出水口流量qd=2L/h,毛管直径D=20mm,取局部水头损失系数k=1.1,由下式可得毛管上允许的出水口数目。
式中:
qd——毛管上出水口流量,取qd=4L/h;
D——毛管直径,取D=20mm;
hd——滴头的工作水头,取hd=25m;
k——局部水头损失系数,取k=1.1;
S——毛管上出水口间距,取S=1.0m。
将数值代入式中计算得:
Nm=307.1,取Nm=307。
则毛管允许最大长度Lm=NmS=307×1.0=307(m)。
毛管进口要求的工作水头为:
式中:
h0——毛管进口要求的工作水头,m;
h1——毛管进口处第一个出水口处水头,m;
a——系数;
S0——毛管进口至第1号出水口的距离,m;
J——沿毛管的地形坡度。
其他符号同前。
由于毛管沿等高线布置,沿毛管的地形坡度J=0,灌水器最大工作水头在毛管进口处第一个出水口位置处,即h1=hmax。
滴头与毛管连接的连接管直径d=4mm,长度L=0.2m,因此,毛管出口处的最大水头是最大微灌滴头工作水头与连接管水头损失之和,所以有:
将数据代入上述公式可得:
hmax=31.58m
而a=1.006×10-5D-(0.123lgD+4.885),D取2.0。
将数据代入式子可得:
a=3.21×10-7。
而m=1.753(D/0.7)0.018,将数据代入式子可得:
m=1.78,S0=S=1.0m。
故:
h0=31.58+1.1×3.21×10-7×(70×4)1.78×1.0=31.59(m)
本设计中支管2的毛管进口要求的工作水头采用31.59m。
②支管2的水力计算
初选一典型支管内径d=50mm,Q毛2=0.28m3/h,配水支管2长度为L=178m,所以支管上出口数目为N=178/3.0=60,查《微灌工程技术指南》中表5-6可得相应的多口系数F’=0.370。
取设计水温t=20℃,水温修正系数a=1。
局部水头损失系数k=1.05。
由下式公式可计算配水支管2水头损失。
h配支=8.4×10-4×a×k×(Q毛)1.75×N1.75×L×F’÷d4.75
式中:
h配支——配水支管上的水头损失,m;
a——水温修正系数;
k——局部水头损失系数,取k=1.05;
N——支管上的出水口数目;
d——管道内径,m;
L——计算管段的长度。
将数据代入公式中可得h配支2=7.3m。
③干管O1至C1的水力计算
由下式公式可计算干管水头损失,
h干=8.4×10-4×a×(Q)1.75÷d4.75×L
式中:
h干——干管上的水头损失,m;
a——水温修正系数;
Q——计算管段流量;
d——管道内径,m;
L——计算管段的长度。
干管内径D=110mm,Q总=45m3/h,干管长度为L=296m。
将数据代入公式中可得hc1=4.2m。
所以由C1点计算到总干管出口O1点的沿程水头损失为:
H=7.3+4.2=11.5(m),局部水头损失H局=0.1H=0.1×11.5=1.15(m)。
泵站出水扬程
=(65.0-86.6)+31.59+(11.5+1.15)=22.64m
b、对于B1点的水力计算:
①支管19上的毛管水力计算
一条毛管上灌水器的允许工作水头偏差率Hv为:
式中:
qv——灌水器流量偏差,取qv=0.2;
x——微喷头流态指数,取x=0.5。
将数值代入式中计算得:
Hv=0.41。
毛管上出水口流量qd=2L/h,毛管直径D=20mm,取局部水头损失系数k=1.1,由下式可得毛管上允许的出水口数目。
式中:
qd——毛管上出水口流量,取qd=4L/h;
D——毛管直径,取D=20mm;
hd——滴头的工作水头,取hd=25m;
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