坡地噴灌的規(guī)劃布置與應(yīng)用

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摘要：如何搞好坡地噴灌系統(tǒng)的布置是發(fā)展山區(qū)、半山區(qū)節(jié)水灌溉的主攻方向。在坡地上布置噴灌系統(tǒng)比平地上布置要復(fù)雜得多，除考慮水源灌區(qū)位置外還應(yīng)抓住地形這一主要矛盾。本文根據(jù)地形特點(diǎn)簡述噴灌系統(tǒng)的組成及其布置原則，探討了坡地噴灌的具體規(guī)劃布置與應(yīng)用中應(yīng)該注意的問題。 

關(guān)鍵詞：坡地；坡地噴灌；布置  一、噴灌系統(tǒng)的組成及主要布置原則  （一）噴灌系統(tǒng)的組成  1．水源工程  （1） 蓄水工程：蓄水工程的作用主要在于將坡地徑流及地上潛流攔蓄起來，減少水土流失危害，灌溉農(nóng)田，提高作物產(chǎn)量。在噴灌系統(tǒng)布置中當(dāng)水源高于灌區(qū)地面，且具有自壓噴灌要求的水頭時，往往需要修建蓄水池，以利用調(diào)節(jié)來水量及壓力水頭；如果水源位置較低需要機(jī)械加壓時，為了能有一定的調(diào)蓄水量的能力，也需修建蓄水池，但此時要求的蓄水池容積較小，通常日調(diào)節(jié)即可。蓄水池形狀以圓形較好，因?yàn)樵谙嗤荛L條件下圓形蓄水池可比方形蓄水池多蓄水20%。  （2）機(jī)械加壓泵站：坡地噴灌系統(tǒng)上最好是分級、分段設(shè)置加壓泵站，一般有兩種形式。一種是修建一固定泵站，內(nèi)設(shè)多臺水泵灌區(qū)內(nèi)實(shí)行輪灌，當(dāng)灌溉低處灌區(qū)時，開一臺水泵，當(dāng)灌溉高處灌區(qū)時，可采用兩臺水泵串聯(lián)加壓。另一種形式是按灌區(qū)位置分級設(shè)置泵站，灌區(qū)下方水源設(shè)置一泵站，灌溉較低的灌區(qū)在坡地適當(dāng)位置設(shè)一或二處泵站，多級提水加壓以保證灌區(qū)各種壓力比較均衡。  2．輸配水系統(tǒng)。將水從水源處引至灌區(qū)，再將水分配至田間的各級壓力管道稱輸配水系統(tǒng)。其分級與平地輸配系統(tǒng)相同視灌溉面積大小及地形復(fù)雜的程度輸配水系統(tǒng)可分為干管、支管兩級。干管、分干管、支管三級或總干管干管分干管支管四級坡地上布置輸配水系統(tǒng)，不但要考慮管路在平面位置上的布置，還要考慮到沿高程上的立體布置。  3．調(diào)壓穩(wěn)壓及減壓設(shè)施。坡地噴灌由于灌區(qū)內(nèi)高差大，壓力不平衡，管道輸水容易產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，必須增加調(diào)壓穩(wěn)壓設(shè)備。有時同一灌區(qū)坡上與坡下相差數(shù)十米、甚至百余米，當(dāng)水源與噴灌區(qū)下邊界的落差大于管道允許承壓能力時，就需要采用減壓措施，否則部分管道壓力過大，不僅嚴(yán)重影響噴頭的正常工作，而且使壓力管道承受過高的壓力造成投資材料的浪費(fèi)，為此必須設(shè)有減壓設(shè)施。  （1）調(diào)壓水塔  利用調(diào)壓水塔調(diào)壓將水提蓄到50—70 米高的蓄水塔中，調(diào)壓塔起到儲水蓄能作用保證了管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。  （2）調(diào)壓罐  大型噴灌系統(tǒng)中大多設(shè)置調(diào)壓罐，主要采用立式旁通內(nèi)部水氣自然分隔的調(diào)壓罐和臥式全流量通過水氣自然分離調(diào)壓罐兩種形式，調(diào)壓罐的作用及其工作原理如下：  1）灌區(qū)噴水量變化所引起的管網(wǎng)水流壓強(qiáng)的變化，通過安裝在調(diào)壓罐上的壓力傳感裝置或水位傳感裝置，起閉水泵，調(diào)整水泵運(yùn)行臺數(shù)。但灌水量變化有時會在某一點(diǎn)上來回?cái)[動，而導(dǎo)致同一臺水泵頻繁啟閉，為此調(diào)壓罐必須保留一定水量，在出現(xiàn)上述情況時，靠調(diào)壓罐向管網(wǎng)充水保持恒壓。  2）調(diào)壓罐上部為壓縮空氣，氣體壓強(qiáng)與水壓強(qiáng)是一致的，在設(shè)計(jì)壓強(qiáng)上限時，罐中水位上升氣體處于最大壓縮狀態(tài)在設(shè)計(jì)壓強(qiáng)下限時（一般上下限之差控制在98KPa 之內(nèi)），罐中水位下降，氣體處于最小壓縮狀態(tài)。罐中水位與壓強(qiáng)變化有固定關(guān)系關(guān)系。發(fā)生變化，說明調(diào)壓罐中的空氣量被水帶走而減少通過水位傳感裝置起動空氣壓縮機(jī)，及時補(bǔ)氣。保持罐內(nèi)水位始終處于設(shè)計(jì)狀態(tài)。  3）靠急劇壓縮調(diào)壓罐上部的氣體吸收噴灌系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的水錘壓力，必要時還可以靠調(diào)壓罐上端設(shè)置的排氣閥，在超過設(shè)計(jì)壓強(qiáng)時自動排氣降壓。  （3）減壓池  根據(jù)灌區(qū)面積大小，高差多少，管道承壓能力和噴頭對壓力的要求，可在不同高程上設(shè)置多個減壓池，其作用是將上部壓力管道的水通過閥門進(jìn)入減壓池，再以減壓池為起點(diǎn)，向下部管道輸水，灌溉下部灌區(qū)水源水位與減壓池水位的高差，或上下兩個減壓池的水位差即為減少的管道壓力，減壓池是目前最簡單易行的減速壓措施。  （二） 支管系統(tǒng)的主要布置原則  坡地上布置管道系統(tǒng)除一般布置原則外應(yīng)強(qiáng)度以下幾點(diǎn)：  1．輸配水管網(wǎng)的布置應(yīng)能控制全灌區(qū)，并使管道總長度最短，造價最小，同時有利于水防護(hù)，在機(jī)壓系統(tǒng)中還應(yīng)考慮使運(yùn)行費(fèi)用最省，注意管道安全，選擇較好的基礎(chǔ)等。  2．當(dāng)?shù)匦纹露容^陡時，一般應(yīng)使干管沿主坡方向布置，路線可短些，支管則可平行等高線布置，這樣有利于控制支管的水頭損失，使支管上各噴頭工作壓力盡量一致，也有利于使豎管保持鉛垂，保證噴頭在水平方向旋轉(zhuǎn)。在梯田上布置管道時支管一般沿梯田水平方向布置，可減少支管與梯田相交而增加彎頭等設(shè)備。但是在果園中非密植作物支管也可垂直等高線或梯田布置可借孔也板等設(shè)備使支管上各噴頭壓力均衡，但盡量避免支管向上坡布置。  3 支管的布置應(yīng)盡量與作物耕作方向一致，對固定式噴灌系統(tǒng)，可減少豎管對機(jī)耕的影響，對半固定式噴灌系統(tǒng)，移動支管時，便于在田壟間裝卸，操作方便也可避免踐踏作物，同時充分考慮地塊形狀力求使支管長度一致，管子規(guī)格統(tǒng)一管線平順，減少折點(diǎn)。  二、坡地噴灌的規(guī)劃布置與應(yīng)用  根據(jù)山區(qū)半山區(qū)固定管道式或半固定管道式噴灌系統(tǒng)規(guī)劃布置大致可歸納以下幾種型式：  （一） 較規(guī)則的一面坡或兩面坡地形  1．梳子形管網(wǎng)。灌區(qū)地形為一面坡面積，呈帶形分布，當(dāng)灌溉范圍較小地面高差不大時，一般需兩級管網(wǎng)，可采用干管平行等高線支管垂直等高線見。如果灌區(qū)范圍較大，地面坡度較陡，坡面多被山溪、河溝分割，但總體看地形呈一面坡可采用三級管網(wǎng)控制干管布置，在灌區(qū)坡面上方控制全灌區(qū)分干管以梳子形垂直等高線布置，支管基本上平行等高線。 2． 豐字形管網(wǎng)。地面呈一面坡，灌區(qū)范圍較大但可采用兩級管網(wǎng)控制，地形較規(guī)則，一級干管垂直等高級布置，支管由干管向兩側(cè)平行等高線布置形成豐字形管。 （二）丘陵山區(qū)地形起伏變化大 這類地區(qū)地形起伏不定往往形成山崗相連溝壑相間的地段一般以山梁為單元布置管道系統(tǒng)視地形坡度大小走向及規(guī)則程度又可分為以下幾種形式： 1．灌區(qū)面積分布在山崗兩側(cè)， 干管控制整個山崗，沿山脊垂直等高線布置，下級配分干管及支管，視具體地形可布置成豐字形管網(wǎng)。 2．山崗較平，灌區(qū)面積較大，主要干管沿山脊布置，下級管道視具體地形走向合理布置。 3．崗地加一面坡地形視具體地形，崗地以干管走山脊為主，坡地按豐字形或梳子形布置。 4．山勢陡峻，地面坡度大，噴灌面積分布在河谷和山谷兩側(cè)，這種地形較復(fù)雜，骨干管網(wǎng)通常沿山崗分水嶺布置控制全灌區(qū)下級管道視地形條件，合理布置。 （三）饅頭山狀地形 在坡地上布置噴灌系統(tǒng)常常會遇到弧山頭，此時大多水源在低處，需機(jī)械加壓，管道布置視面積大小及山坡情況而異。 1．面積較小，引一條干管上山即可支管沿等高線平行繞圈布置這種形式有時坡下的支管過長，影響噴灑質(zhì)量。 2．面積較大，引一條干管上山并沿脊線控制全部面積，在適當(dāng)?shù)牡胤揭龇指晒苤Ч芸煞謩e由干管或分干管引出沿等高線布置。 3．饅頭山上陡下緩，過陡處不要求灌溉，可沿山腰布置環(huán)形干管，向四周引出分干管并視灌溉范圍布置支管。 除上述按地形分類進(jìn)行管網(wǎng)布置外，在噴灌系統(tǒng)中還有按最優(yōu)路徑法，或按造價最小原則修正最優(yōu)路徑法布置管網(wǎng)。