半干旱地区玉米膜下滴灌工程规划设计规程DB22／T 2642-2017.pdf

ICS 65.020.01 B 00 备案号：56343-2017 DB22 吉林省地方标准 DB 22/T 26422017 半干旱地区玉米膜下滴灌工程规划设计规程 Design regulation of maize drip irrigation under film in the semi-arid region 2017-06-12发布 2017-08-12实施吉林省质量技术监督局 发布 DB22/T 26422017 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.12009 给出的规则起草。本标准由吉林省水利厅提出并归口。本标准起草单位：吉林省水利科学研究院、吉林省农村水利建设管理局、吉林省银河水利水电新技术设计有限公司、吉林省标准研究院。本标准主要起草人：尚学灵、司昌亮、韩雪、康健、于海荣、张生武、李志安、杨明、张红杰、王旭立、叶楠、周璐、付鹖、毕新、白忠亮。DB22/T 26422017 1 半干旱地区玉米膜下滴灌工程规划设计规程 1 范围 本标准规定了半干旱地区玉米膜下滴灌工程设计过程中的基本资料收集、工程布置、工程设施配套与设备选择、滴灌技术参数、系统水力计算等主要技术要求。本标准适用于半干旱地区玉米采用膜下滴灌栽培技术时的滴灌工程轮灌工作制度规划设计。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 50485 微灌工程技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 半干旱地区 semi-arid region 吉林省内年平均降雨量在 250 mm400 mm、干燥度在 1.602.99 的气候类型区。3.2 膜下滴灌 drip irrigation under film 水流通过铺在地膜下的管道并经滴水器进入作物根区的一种滴灌。3.3 滴灌工程 drip irrigation project 采用滴灌技术的灌溉工程设施。3.4 首部枢纽 bubbler irrigation 滴灌系统中集中布置的加压设备、过滤器、施肥（药）装置、量测和控制设备的总称。3.5 过滤器 filter 对灌溉水进行过滤的设备。3.6 施肥（药）装置 fertilizer（chemical）devices 用于向灌溉水内加入肥料（药）的装置。3.7 灌溉设计保证率 ensurance probability of irrigation water 在工程设计使用期内，能保证正常灌溉供水年数所占的百分数。3.8 DB22/T 26422017 2 土壤湿润比 percentage wetted area 在计划湿润层内，湿润土体与总土体的体积比，通常用地表下 20 cm30 cm 深度的湿润面积与总面积的比值表示。3.9 灌溉制度 irrigation scheduling 按作物需水要求和不同灌水方法制定的灌水次数、灌水时间、灌水定额及灌溉定额的总称。4 基本资料收集 在系统设计时，应掌握有关地形、地貌、地质、水文地质、气象、土壤、玉米生长发育规律、社会经济、水利现状、生态与环境、试验站及规划等方面的基本资料。5 工程布置 5.1 水源工程 5.1.1 应按照 GB/T 50485 的有关规定执行。5.1.2 在利用地下水作为滴灌水源布置水源工程时，应根据水源的水位、水质以及滴灌过程的用水要求综合考虑系统高效和运行方便。地下水灌溉应把井打在地块地边或路边地势较高处，合理布置井位。5.2 系统首部枢纽 5.2.1 应按照 GB/T 50485 的有关规定执行。5.2.2 系统首部枢纽宜与水源工程布置在一起。若水源工程距离灌溉区较远，可单独布置在灌溉区附近或灌溉区中间。5.3 滴灌系统 5.3.1 滴灌系统输水管网采用固定式管网，输水管道沿地势高低位置布置，支管应垂直作物种植行布置，管网布置应平行于沟、渠、路、林等，沿田间生产路和地边布置。5.3.2 根据水源位置及系统规模大小，管道分为四级，即：干管、支管、辅管、毛管。5.3.3 布置形式主要采用树状管网，依据水源的种类和位置以及管网类型不同，布置形式有如下几种：a)水源位于长条形地块的短边中心，布置一列分干管即可满足设计要求时宜采用“一”字形管网布置形式，见附录 A（A.1）。b)水源位于地块的某一角且根据地块宽度需布置两列或两列以上分干管时宜采用“梳齿”形管网布置形式，见附录 A（A.2）。c)水源位于地块地边中央时宜采用“T”字形管网布置形式，见附录 A（A.3）。d)水源位于地块中心时宜采用“工”字形和长“一”字形管网布置形式，见附录 A（A.4）、附录 A（A.5）。6 工程设施配套与设备选择 6.1 首部枢纽 6.1.1 水泵及动力机 DB22/T 26422017 3 6.1.1.1 水泵应根据灌溉区水源条件，动力资源状况以及膜下滴灌系统的设计流量和设计压力等因素，选择合适的泵型。6.1.1.2 所选的水泵应在高效区运行。6.1.1.3 动力机的容量应根据所选水泵在各种运行工况下的最大轴功率进行确定；动力机的转速应与所选的水泵的转速相匹配。6.1.1.4 宜优先选用技术成熟、性能先进、高效节能的产品。6.1.2 施肥（药）罐 6.1.2.1 上游应设置防回流装置。6.1.2.2 下游应设置过滤器，并在过滤器进、出口安装压力测量装置。6.1.2.3 注入装置应根据设计流量大小，肥料和化学药物的性质及其灌溉植物要求选择。6.1.2.4 应耐腐蚀。压差式施肥（药）罐的抗压能力应不低于该设备处系统的最大压力（包括水锤压力）。6.1.2.5 应配备必要的人身安全防护措施。6.1.3 过滤器 6.1.3.1 应能过滤大于滴灌带孔口尺寸的 1/10 粒径1/7粒径的杂质，过滤器类型及组合方式见附录B（B.1)。6.1.3.2 过滤器的过流量应根据滴灌系统设计流量、工作压力、水质及冲洗周期的要求选择。6.1.4 量测设备 6.1.4.1 在系统首部应设置流量、压力等量测仪表。6.1.4.2 流量表应选择阻力损失小、耐腐蚀、灵敏度高、量程适宜、精度等级应不低于 2级、计量等级应不低于 B 级的设备，应能显示实时流量和累计流量。6.1.4.3 压力表的精度等级应不低于 1.5 级，量程应为系统设计压力的 1.3 倍1.5 倍。6.1.5 阀门 6.1.5.1 在首部最高点处应设置进、排气阀。进、排气通气面积的折算直径应不小于管道直径的 1/4，且同时要满足系统水锤计算要求。6.1.5.2 在水泵出口应设置防水锤的缓闭阀门，缓闭时间应根据水锤计算确定。6.1.5.3 管道直径小于等于 50 mm 的优先选用球阀。6.1.6 自动控制系统 6.1.6.1 应设置计算机、流量计、电磁阀、传感器等控制设备。6.1.6.2 应符合安全电压等级。6.1.6.3 应具有防雷电措施。6.2 滴灌系统 6.2.1 管径的选择 6.2.1.1 以同一级管道通过的最大流量来选择本级管道管径。若其最大流量通过的时间占比很小，可选取一个出现频率较大的次大流量来复核管径。6.2.1.2 若同一级管道有分支，应分段确定最大流量来选择本级管道管径。DB22/T 26422017 4 6.2.2 管材的选择 管道宜选用等级为PE 100的低密度聚乙烯管（PE管），管壁应达到能够承受系统所要求压力的强度：a)干管采用管径 90 mm 或 110 mm PE硬管，公称压力应不低于 0.6 MPa；b)支管采用管径 63 mm PE硬管，公称压力应不低于 0.4 MPa；c)辅管采用管径 32 mm PE软管，公称压力应不低于 0.25 MPa。6.2.3 滴灌带选择 6.2.3.1 应根据当地玉米种植模式、水文地质、土壤质地等因素确定滴灌带类型。6.2.3.2 宜选用壁厚 0.18 mm、管径 16 mm的滴灌带，滴头工作压力 10 m 水头、流量 1.8 L/h2.4 L/h。6.2.4 管道纵剖面设计 应力求平顺，减少折点，避免产生负压。6.2.5 管道埋深 分为浅埋和深埋两种型式，均可采用排水井自然排水并结合空压机排水。浅埋管道顶端埋入地下 80 cm，深埋管道顶端埋入设计冻深以下。6.2.6 地埋管道连接 应采用热熔的形式连接，转向处用弯头，分水处用三通或四通接头，管径改变处采用变径接头，管道末端用堵头。同类管件应统一其规格。6.2.7 给水栓选择与连接 给水栓采用三通阀体或球体，出地管采用螺铰接口或法兰芯与给水栓连接。6.2.8 附件设计 6.2.8.1 各级管道的首端应设进水阀。6.2.8.2 若管道过长或压力变化过大，应设节制阀。6.2.8.3 自压系统的进水口和各类水泵吸水管的底端应分别设置拦污栅和滤网。6.2.8.4 管道起伏的高处应设排气装置。6.2.8.5 自压系统进水阀后的干管上应设高度高出水源水面高程的通气管。6.2.8.6 管道起伏的低处及管道末端应设泄水装置。6.2.8.7 管道最大水锤压力处应设置安全阀。6.2.9 排水井设计 6.2.9.1 排水井应设置在路边，位于末端支管的末端。6.2.9.2 排水井宜采用预制混凝土管或玻璃钢管，井口设置预制混凝土井盖，井管高度根据管道埋设深度确定，井管基础采用砖垫层，井管设置在砖基础上，井底铺设 30 cm 砂砾石垫层，井底高程应低于地下埋设管道 30 cm 以上，管道排水出口设排水阀。7 滴灌技术参数 DB22/T 26422017 5 7.1 灌溉设计保证率 灌溉设计保证率应不低于 85%。7.2 设计土壤湿润比 应根据土壤质地、植物种类、种植方式、灌水器的流量和灌水量大小，并结合当地试验资料确定。在无实验资料时宜为 60%90%。7.3 设计耗水强度 应由灌溉试验资料确定，无实测资料时可取经验值5 mm/d7 mm/d。7.4 灌溉水利用系数 灌溉水利用系数 应不低于 0.9。7.5 灌水器设计允许流量偏差率 灌水器设计允许流量偏差率应不大于 20%。7.6 灌水器工作水头偏差率与流量偏差率 灌水器工作水头偏差率和灌水小区内灌水器流量可按附录C(C.1)、附录C(C.2)确定；灌水器工作水头偏差率与流量偏差率之间可按附录C(C.3)确定。7.7 灌溉制度 7.7.1 设计灌溉制度时应收集水文气象、玉米需水及需肥规律、玉米种植密度、田间持水量、土壤含水量、水质等资料。7.7.2 在水源供水流量稳定且无调蓄时，可按附录 C(C.4)、附录C(C.5)确定；在水源有调蓄能力且调蓄容积已定时，可按附录 C(C.6)确定。7.7.3 滴灌条件下最大净灌水定额可按附录 C(C.7)、附录 C(C.8)确定。7.7.4 耗水高峰期的允许最大灌水周期可按附录 C(C.9)、附录 C(C.10)确定，同时应满足设计灌水周期小于最大灌水周期。7.7.5 设计灌水定额可参考附录 B(B.2)；与当地实际情况存在误差时，可按附录 C(C.11)、附录C(C.12)确定。7.7.6 一次灌水延续时间可按附录 C(C.13)确定。7.7.7 膜下滴灌土壤计划湿润层深度可在 0.2 m 0.6 m 范围内选取。7.7.8 需要留出过滤器冲洗和滴灌设备检修时间，同时滴灌系统设计日工作小时数应不大于 22 h，同时还应结合灌水延续时间来确定系统工作小时数。7.7.9 灌溉定额应根据当地灌溉试验资料，通过计算确定。在无试验资料时，可参照类似地区的相同灌溉方式试验资料进行参考。8 滴灌系统水力计算 8.1 滴灌灌溉范围 8.1.1 灌溉范围确定 DB22/T 26422017 6 采用地下水或地表水灌溉的膜下滴灌工程，需论证水源水质、水量、补给量、可开采量、单井出水量及群井出水量,扣除其他行业规划用水量，确定农业灌溉可利用水量，并结合可利用耕地种植结构等进行水土平衡计算，确定水源允许灌溉范围。8.1.2 单井灌溉 8.1.2.1 由单井出水量能负担的灌溉面积和需灌溉土地面积确定，取二者的较小值。8.1.2.2 利用现有水源井，应实地调查水源井成井时间、成井材料、出水量、水质情况。必要时，需进行抽水试验，确定水源井出水量。8.1.2.3 新打水源井，应根据灌溉区水文地质条件、成井出水量、玉米品种、灌溉制度和灌溉范围，合理布置水源井位置。8.1.3 群井灌溉 灌片内群井抽水时，应在群井抽水影响范围内依据水均衡方程理论，建立水资源量平衡模型。8.2 轮灌组划分 轮灌组个数粗估及最大轮灌组数目可按附录C(C.14)、附录C(C.15)计算。8.3 管道水头损失计算 8.3.1 滴灌管道水头损失计算从最末端或最不利毛管位置开始，逐级推算各级管道的水头损失。8.3.2 同一条支管上的第一条毛管最前端出水孔处水头与最末一条毛管最末端出水孔处水头之间的差值，不超过滴头设计工作压力的 20%，流量差值不超过 10%；对于采用压力补偿式滴水器时，仅要求区域内滴头流量差值不超过 10%。8.3.3 管路沿程水头损失，按附录 C(C.16)计算。8.3.4 毛管和支管沿程水头损失计算，先假设管道中为恒定流，计算出管路的沿程水头损失，再乘以多口系数（多口系数按附录 C(C.17)确定）。8.3.5 局部水头损失，按附录 C(C.18)计算。8.4 灌水小区的水力设计 8.4.1 滴灌灌水小区流量偏差率、水头偏差可按附录 C(C.19)附录 C(C.24)确定。8.4.2 灌水小区中允许水头差的分配初估时可各按 50%分配。8.4.3 在平坡条件下，毛管极限孔数可按附录 C(C.25)确定。8.5 滴灌系统设计流量计算 可按附录C(C.26)确定。8.6 滴灌系统设计水头计算 应在最不利轮灌组条件下可按附录C(C.27)确定。8.7 水锤计算 直接水锤的压力水头增加值可按附录C(C.28)、附录C(C.29)确定。DB22/T 26422017 7 A A 附 录 A（资料性附录）标准中的图形示例 图A.1图A.5给出了标准中的管网布置形式。图A.1“一”字形布置 图A.2“梳齿”形布置 DB22/T 26422017 8 图A.3“T”字形布置 图A.4“工”字形 图A.5 长“一”形布置 DB22/T 26422017 9 B B 附 录 B（资料性附录）标准中的数据值和单位 表B.1和表B.2给出了标准中的过滤器选型及膜下滴灌定额参考值。表B.1 过滤器选型表 水质状况 过滤器类型及组合方式 含量 10mg/L 粒径 80m 宜采用筛网过滤器（叠片过滤器）或砂过滤器+筛网过滤器（叠片过滤器）含量 10mg/L100mg/L 粒径 80m500m 宜采用旋流水砂分离器+筛网过滤器(叠片过滤器)或旋流水砂分离器+砂过滤器+筛网过滤器(叠片过滤器)含量 100mg/L 无机物 粒径 500m 宜采用沉淀池+筛网过滤器(叠片过滤器)或沉淀池+砂过滤器+筛网过滤器(叠片过滤器)10mg/L 宜采用砂过滤器+筛网过滤器(叠片过滤器)有机物 10mg/L 宜采用拦污栅+砂过滤器+筛网过滤器(叠片过滤器)表B.2 吉林省部分地区玉米膜下滴灌定额表（参考值）（m3/亩）各生育期灌水定额 序号 地区 播种出苗 拔节 抽雄 灌浆 灌溉定额 1 长春地区 农安县 10 12 13 15 50 2 公主岭市 8 12 14 16 50 3 梨树县 8 12 14 16 50 4 辽河农垦区 8 12 14 16 50 5 四平地区 双辽市 12 14 16 19 61 6 长岭县 12 14 16 19 61 7 扶余县 12 14 16 19 61 8 宁江区 13 15 17 19 64 9 前郭县 13 15 17 19 64 10 松原地区 乾安县 13 15 17 19 64 11 通榆县 13 15 17 19 64 12 镇赉县 13 15 17 19 64 13 大安市 13 15 17 19 64 14 洮北区 13 15 17 19 64 15 白城地区 洮南市 13 15 17 19 64 DB22/T 26422017 10 C C 附 录 C（规范性附录）标准中的参考公式 公式C.1C.29规范了标准中的计算公式。%100min maxdvqq qq.(C.1)%100min maxdvhh hh.(C.2)式中：vq 灌水器流量偏差率（%）；vh 灌水器工作水头偏差率（%）；maxq 灌水器最大流量(L/h)；minq 灌水器最小流量(L/h)；maxh 灌水器最大工作水头(m)；minh 灌水器最小工作水头(m)；dq 灌水器设计流量(L/h)；dh 灌水器设计工作水头(m)。)115.0 1(vvvqxxxqh.(C.3)式中：vh 灌水器水头偏差率（%）；x 灌水器流态指数。aIQtA10.(C.4)o a aP E I.(C.5)式中：A可灌面积（hm2）；DB22/T 26422017 11 Q可供流量（m3/h）；aI 设计供水强度(mm/d)；aE 设计耗水强度(mm/d)；oP 有效降雨量(mm/d)；t水源每日供水时数(h/d)；灌溉水利用系数；需要确定设计供水流量时，可用（C.4）计算流量Q。i iT IKVA10.(C.6)式中：K 复蓄系数，K=1.01.4；蓄水利用系数，=0.60.7；V 蓄水工程容积(m3)；iI 灌溉季节各月的毛供水强度(mm/d)；iT 灌溉季节各月的供水天数(d)；在灌溉面积已定时，需修建调蓄工程时，可用（C.6）确定调蓄容积V。）min max max(001.0 zp m.(C.7)(001.0minmax max zp m.(C.8)式中：maxm 最大净灌水定额，mm；max 适宜土壤含水率上限（占土壤重量百分数）（%）；,max 适宜土壤含水率上限（占土壤体积百分数）（%）；min 适宜土壤含水率下限（占土壤重量百分数）（%）；，min 适宜土壤含水率下限（占土壤体积百分数）（%）；土壤容重(g/cm3)；Z 土壤计划湿润层深度(cm)；DB22/T 26422017 12 p土壤湿润比（%）。aImTmaxmax.(C.9)maxT T.(C.10)式中：T 设计灌水周期（d）；maxT 最大灌水周期（d）；a dI T m.(C.11)dmm.(C.12)式中：dm 设计净灌水定额（mm）；m 设计毛灌水定额（mm）；aI 滴灌的设计灌溉强度（mm/d）。al eqS S mt毛.(C.13)式中：t一次灌水延续时间（h）；eS 滴头间距（m）；lS 滴灌带间距（m）；aq 滴头流量（L/h）。QqN.(C.14)式中：q整个灌溉面积上的滴头总流量（m3/h）；Q水量平衡要求的最小系统设计流量（m3/h）。tCTN N max.(C.15)式中：maxN 最大轮灌组数目；C系统日最大运行时数（h/d）；T 最大设计灌水周期（d）；DB22/T 26422017 13 t一次灌水延续时间（t）。如果N不为整数，可采用两种办法：1、水源供水允许的情况下，增大水泵流量，但不宜增大过多，否则会增大系统投资；2、微调滴头设计水头来调节滴头流量使（C.9）计算值为整数。LdQf hbmf.(C.16)式中：fh 水头损失（m）；f 摩阻系数；Q流量（L/h）；L管道长度（m）；m流量指数；b管径指数；d 管道内径（mm）。x NxNmN mNF 116121112.(C.17)式中：F 多口系数；N 管道上出水口数目；m流量指数，流层=1，光滑紊流层流=1.75，完全紊流=2；x进口端至第一个出水口的距离与孔口间距之比。gVhf22.(C.18)式中：fh 局部水头损失（m）；V 管内平均流速（m/s）；g重力加速度（9.8 m/s2）；局部损失系数。vdvqqq qq min max.(C.19)DB22/T 26422017 14 vdvhhh hh min max.(C.20)dq=aq dh=ah.(C.21)h=vhah.(C.22)允许的水头偏差率可用下式计算：vh=v vqxxqx115.0 11.(C.23)灌水小区水头差 h 应满足：h h.(C.24)式中：vq 灌水小区滴头流量偏差率（%）；vh 灌水小区滴头水头偏差率（%）；maxq 灌水小区内流量最大滴头流量(L/h)；minq 灌水小区内流量最小滴头流量(L/h)；maxh 灌水小区内流量最大滴头工作水头(m)；minh 灌水小区内流量最小滴头工作水头(m)；dq 灌水小区内流量所有滴头流量的平均值(L/h)；aq 灌水小区的滴头设计流量(L/h)；（共有两种2.1 L/h、1.8L/h）dh 流量为dq 滴头设计工作水头(m)；ah 灌水小区的滴头设计工作水头(m)；h 灌水小区水头偏差；x灌水器的流量指数（可取0.6）；vq 允许滴头流量偏差率(取20%)；vh 允许水头偏差率；DB22/T 26422017 15 h 灌水小区允许水头偏差。364.075.175.4446.5 dmkSqd hINT N毛.(C.25)式中：mN 管道极限孔数；INT 括号内实数舍去小数成整数；毛h 毛管允许水头差（m）；d毛管内径（mm）；k水头损失扩大系数，（毛管总水头损失与沿程水头损失的比值，一般取k=1.11.2；S毛管上滴头的间距（m）；dq滴头设计流量（L/h）。10000 dq nQ.(C.26)式中：Q系统设计流量（m3/h）；dq 灌水器设计流量（L/h）；0n 同时工作的灌水器个数。j f b ph h h Z Z H 0.(C.27)式中：H 微灌系统设计水头（m）；pZ 典型灌水小区管网进口的高程（m）；bZ 水源的设计水位（m）；0h 典型灌水小区进口设计水头（m）；fh 系统进口至典型灌水小区进口的管道沿程水头损失（含首部枢纽沿程水头损失）（m）；jh 系统进口至典型灌水小区进口的管道局部水头损失（含首部枢纽局部水头损失）（m）。gVC H.(C.28)DB22/T 26422017 16 e Ee DCs)(2100114350.(C.29)式中：H 直接水锤的压力水头增加值（m）。_