大面積揚水灌區(qū)工程設(shè)計體會

楊 龍

（新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計研究院 新疆伊寧市 835000）

1 工程總體布置

察布查爾縣揚水灌區(qū)東西長約 50km，南北寬約9km，海拔800～1020m，地形高差200m，總面積56.12萬畝，凈灌溉面積45.96萬畝。該揚水灌區(qū)是當(dāng)前全疆乃至全國新建的較大的揚水灌區(qū)，灌區(qū)內(nèi)以較大的洪水溝道為界，結(jié)合地形、土質(zhì)情況和經(jīng)濟比較，將其劃分為3個相對獨立的分灌區(qū)，自東向西依次命名為1號、2號和3號灌區(qū)。各灌區(qū)從南岸干渠已建成的分水口取水，通過四級揚水泵站、干管和配套的支渠輸水，灌區(qū)設(shè)有泵站12座，干管3條，支渠22條。

設(shè)計采用3座揚水站的建設(shè)方案，每個分灌區(qū)控制灌溉面積 12.85～18.78萬畝。灌區(qū)揚程200m，分為 4級揚水，每級揚程 50m。各揚水站經(jīng)其泵站揚水、壓力管道輸水，然后通過各級泵站出水池后連接支渠向左右方向分水，支渠基本垂直總干管，為混凝土預(yù)制板襯砌防滲明渠；灌區(qū)內(nèi)的管道從支渠中引水，再通過加壓或自壓將所引水量輸送到田間，田間均采用噴灌、滴灌和低壓管道灌溉等節(jié)水灌溉方式。

2 泵站分級方案選擇

根據(jù)整個提水灌溉工程動力裝機功率最小的原則確定各級泵站的提水高度和站址。1號2號和3號灌區(qū)揚水高差基本一致，揚水線路分別長7930m、6621m和7632m，地形高差均為200m。灌區(qū)地形沿?fù)P水線路坡度在1/33～1/40之間，坡度變化大致均勻。揚水線路中各級泵站，除1號灌區(qū)一級泵站外，其他站址地基均為第四系砂卵礫石，全線均可布置泵站。設(shè)計中考慮統(tǒng)一開發(fā)管理，各級泵站可統(tǒng)一使用少數(shù)幾種相同泵型，方便各級泵站配品配件購置，便于運行人員培訓(xùn)，簡便維護管理。泵站分級方案先按幾何揚程相等分級，確定分級后，進(jìn)一步論證各級的揚程。

設(shè)計中我們選用等揚程布置，同時把每個灌區(qū)分為3級、4級、5級揚水進(jìn)行分級方案布置比選，估算各方案的工程投資。投資包括前池、泵房、機電設(shè)備、干管、支渠和田間等灌區(qū)工程投資，同時計算各方案的提水裝機功率和年耗電量，估算年運行費。

各級揚水方案工程經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較表明，灌區(qū)揚水分級越多，提水裝機功率和年耗電量越小，前池、泵房、支渠和田間工程投資越大，運行管理人員越多。灌區(qū)揚水分級越少，提水裝機功率和年耗電量越大，前池、泵房、支渠和田間工程投資越小，運行管理人員越少。綜合考慮輸水干管的水力過渡、泵站運行管理、配泵和管道選配等因素，確定選擇四級揚水方案比較合適，每級高差50m，這也充分體現(xiàn)高水高用、低水低用的原則。

3 田間灌溉系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 田間管道灌溉系統(tǒng)方案比較

3.1.1 方案一：支渠控制范圍內(nèi)布置田間管道灌溉系統(tǒng)方案

骨干工程布置4級揚水泵站，每級揚水站的落差為50m，各支渠控制范圍布置田間管道灌溉系統(tǒng)，支渠從每級揚水站的前池引水，即每級支渠間的高程為 50m，支渠為東西向布置。在噴、滴灌水壓不能滿足的地方，采取在支渠旁修建加壓泵站揚水灌溉，在噴、滴灌水壓可以滿足的地方，通過輸水管道積聚水頭壓力，施行加壓灌溉。根據(jù)設(shè)計，一般噴、滴灌的總水頭壓力控制在25～50m范圍內(nèi)，在以上布置方案中全灌區(qū)50.35%的土地可實現(xiàn)自壓灌溉，49.65%的土地可通過斗口加壓泵站實現(xiàn)加壓灌溉。

3.1.2 方案二：跨支渠布置田間管道灌溉系統(tǒng)方案

為擴大自壓灌溉面積，減少田間加壓泵站的數(shù)量及管理難度?？刹扇√镩g管道灌溉系統(tǒng)跨支渠進(jìn)行灌溉的方案，即用上級支渠控制的自壓灌溉的管道，跨過下條支渠來灌溉下級支渠上需要灌溉的灌區(qū)。此種布置方案，全灌區(qū) 82.21%的土地可實現(xiàn)自壓灌溉，17.79%的土地仍需通過斗口加壓泵站實現(xiàn)加壓灌溉。

3.1.3 方案比選

若采用上級支渠灌溉下級支渠控制不到的灌區(qū)，則需要把該灌溉流量通過揚水站提高一個級別以上，造成各級泵站裝機功率，輸水干管輸水流量，田間加壓泵站數(shù)量和年用電量等主要設(shè)計指標(biāo)增大，勢必造成大的能量損耗，而在支渠旁修建加壓泵站揚水灌溉，揚程很低，同時可使各級泵站裝機功率、輸水干管的輸水量、田間加壓泵站數(shù)量和年用電量等主要設(shè)計指標(biāo)減少，可節(jié)省能量。

3.2 灌溉方式的選擇

本灌區(qū)南高北低、東高西低，南北向坡降2～4%，土壤以壤土為主，土層較薄，一般在100～20cm，含礫石較多，如灌溉不當(dāng)，易造成沖刷，因此應(yīng)選用用水量少，不宜形成沖刷的灌溉模式。根據(jù)新疆先進(jìn)節(jié)水灌區(qū)的調(diào)查并結(jié)合本地區(qū)的實際情況，從目前新疆發(fā)展比較成熟的幾種節(jié)水灌溉模式來看，噴灌、滴灌、低壓管道灌較適合于項目區(qū)，特別是自壓噴灌和自壓滴灌，可以利用有利地形發(fā)展高新節(jié)水灌溉，節(jié)省動力費用，更具有發(fā)展前途。從項目區(qū)今后種植的主要作物來看，噴灌、低壓管道灌適合于小麥和牧草作物的灌溉，滴灌可適應(yīng)玉米、甜菜和棉花等作物的灌溉。

根據(jù)以上分析，結(jié)合本地作物的種植業(yè)結(jié)構(gòu)，灌區(qū)選擇的灌溉模式以加壓噴灌和自壓噴灌為主，確定自壓噴灌占總面積23.70%，加壓噴灌占總面積 31.76%，自壓滴灌占總面積16.30%，加壓滴灌占總面積 20%，低壓管道灌溉占總面積8.24%。

由于本次設(shè)計的揚水站每級揚水高程均在50m左右，因此可采用的噴、滴灌壓力范圍一般都在低壓區(qū)和中壓區(qū)，在水頭壓力較小的地方采用加壓的低壓噴灌和滴灌，在水頭壓力較大的中壓區(qū)采用自壓的中壓噴灌和滴灌，灌區(qū)內(nèi)的部分支渠一般為墊方渠道，在靠近支渠地方均有一定的水頭壓力，可采用低壓管道來進(jìn)行灌溉。根據(jù)目前國內(nèi)外較成熟的經(jīng)驗，結(jié)合本地區(qū)的實際，選擇半固定式低壓噴灌和中壓噴灌及中心支軸指針式低壓噴灌和中壓噴灌較合適。

3.3 固定式噴灌設(shè)計

固定式噴灌采用中心支軸式噴灌機，目前這種噴灌機在本灌區(qū)得到了成功的應(yīng)用，積累了豐富的經(jīng)驗。全固定式噴灌系統(tǒng)的主要優(yōu)點是設(shè)備利用率高，運行管理簡單，運行人員很少；主要缺點是設(shè)備一次性投資相對較大。一般灌溉面積為400～1000畝，目前正在運行的指針式噴灌機最大控制面積已達(dá)900畝，該噴灌機適合地形起伏較大的灌區(qū)。

我們選用的中心支軸式噴灌機采用微噴的形式進(jìn)行灌溉，噴灌機的入口壓力達(dá)到 28m水頭即可滿足要求，噴頭倒裝在下垂管，這樣可減少漂移和蒸發(fā)損失，噴頭為低壓散射噴頭，要求工作壓力很低，能耗也很低。農(nóng)田為方形布置，約有 21.46%的面積灌不到，在灌不到的區(qū)域，可采用低壓管道灌溉來填補，這樣可保證整個灌區(qū)都能得到充分灌溉。

中心支軸式噴灌機適宜谷物、豆類、經(jīng)濟作物和牧草。該機自動化灌溉系統(tǒng)具有高效、節(jié)能、節(jié)水、增產(chǎn)、省工等特點。配套動力可用電網(wǎng)或柴油發(fā)電機組。其電器控制系統(tǒng)安全可靠，過雨量保護、自動導(dǎo)向系統(tǒng)、地頭自動停機系統(tǒng)和故障自動報警系統(tǒng)也較成功。噴灑部件可配微噴和搖臂式噴頭與噴槍。噴灑均勻系數(shù)可達(dá)85%以上，并能噴灑化肥和農(nóng)藥，該系統(tǒng)可在起伏地面工作，爬坡能力可達(dá)到25%。所有關(guān)鍵部件均經(jīng)過熱浸鍍鋅處理，可保證15年不銹蝕。

3.4 半固定式噴灌設(shè)計

半固定式噴灌系統(tǒng)在新疆已應(yīng)用了20余年，也是目前全疆應(yīng)用最廣的一種噴灌型式，積累了豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。此種型式噴灌的主要優(yōu)點是投資較低，設(shè)備利用率高，運行管理簡單；主要缺點是需人工拆裝、搬移地面支管，勞動強度較大、勞動條件較差。

灌區(qū)南北向平均地形坡度為2%左右，輸水干管接加壓泵站（加壓灌溉系統(tǒng)）或接蓄水池（自壓灌溉系統(tǒng)），地埋支管垂直于等高線布置，沿程設(shè)出地栓。由于自壓系統(tǒng)地埋支管的入口已由干管累積了 25m左右的水頭壓力，與低壓噴頭的設(shè)計工作壓力相匹配，從而使整個噴灌面積內(nèi)的噴頭工作壓力也趨于一致。

在干管的首部設(shè)置總閘閥，控制每個獨立灌區(qū)的灌溉，在干管沿線設(shè)置閘閥控制支管供水，另外在每條支管的起點設(shè)置供水閥，控制支管的供水；為保證管道正常運行，在每個閥門井中都設(shè)置進(jìn)、排氣閥，避免管道產(chǎn)生負(fù)壓。在地埋支管上設(shè)置出地豎管和給水栓，向噴灌機供水。出地豎管為鋼管，一般設(shè)計管徑為Φ 75，每條豎管長 1.6m。采用噴灌機相間交替開啟，以滿足輪灌的需求。在首部系統(tǒng)設(shè)置沉砂池、前池、加壓泵、壓力表、進(jìn)排氣閥等設(shè)備，確保噴灌系統(tǒng)正常高效的運行。

3.5 滴灌設(shè)計

滴灌是目前最先進(jìn)的灌水技術(shù)之一，其主要優(yōu)點是灌水均勻、控制性好，節(jié)水效益顯著，不受風(fēng)的影響，對土壤和地形適應(yīng)性好，施肥方便，可實現(xiàn)全自動控制，具有明顯的省水、省肥、省工的特點，同時滴灌所需水頭只要4米即可，這對于揚水灌區(qū)來說可以大大節(jié)省運行費用。其缺點，一是對水質(zhì)要求高，過濾系統(tǒng)投資大；二是可能影響作物根系的發(fā)育；三是投資相對較高。由于滴灌的工作壓力較低，故滴灌系統(tǒng)分干管出地管接支管處應(yīng)設(shè)閘閥和壓力表，用閘閥的開啟度來調(diào)節(jié)支管入口壓力；根據(jù)本灌區(qū)總體設(shè)計，可將入口壓力控制在17.78m左右即可，管網(wǎng)分為總干管、干管、分干管、支管和滴灌帶五級，其中總干管、干管、分干管均地埋。支管由該系統(tǒng)分干管經(jīng)出地管上引出，垂直于分干管，毛管垂直于支管布置，一個條田660m×300m的范圍內(nèi)等距布置一條分干管，每條分干管上布置 24條支管，另外條田兩邊和條田與條田間的林帶應(yīng)采用灌溉間歇期余水灌溉，南北向的林帶由支管末端引水灌溉，東西向的林帶采用灌溉間歇期從排水井接軟管灌溉。

目前該工程設(shè)計已通過有關(guān)部門的審查，并得到專家的好評，該工程的建設(shè)必將為當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)牧民脫貧致富奔小康打下堅實的基礎(chǔ)。