錫伯圖灌區(qū)牧區(qū)水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計方案研究與分析

陳曉翠

【摘 要】錫伯圖灌區(qū)牧區(qū)水利節(jié)水灌溉工程采用加壓滴管，有效地利用了項目區(qū)灌溉水源井灌區(qū)原有的機(jī)井，既降低了工程造價，又使工程在短期內(nèi)發(fā)揮效益。

【關(guān)鍵詞】節(jié)水灌溉；加壓滴管方案；應(yīng)用與分析

1.工程概況

錫伯圖灌區(qū)主要由恰夏鄉(xiāng)、恰合吉牧場、兵團(tuán)3個用水單位組成，共有23個行政村。錫伯圖灌區(qū)恰夏鄉(xiāng)項目區(qū)官店村位于鄉(xiāng)政府駐地南部7km處，處于塔額公路南側(cè)，地勢平坦，海拔630—600m左右。

項目區(qū)輸水工程節(jié)水技術(shù)現(xiàn)狀主要采用渠道防滲措施，田間灌溉方式主要以大水淹灌為主。本次項目區(qū)灌溉面積3000畝。通過加壓滴灌項目的實施，可減少項目區(qū)地下水開采44.96×104m3，使項目區(qū)地下水水位有所回升。對灌區(qū)發(fā)展畜牧業(yè)有得天獨厚的有利條件。

2.基本資料

2.1氣象

項目區(qū)多年平均氣溫5.4℃，最高氣溫38.4℃，最低氣溫-34.5℃。無霜期137天，年平均降水量336mm，蒸發(fā)量1599mm，≥10積溫2208℃，最大凍土深1.46米。多年平均風(fēng)速1.9m/s，主風(fēng)向多為西風(fēng)。

2.2水文

項目區(qū)位于錫伯圖灌區(qū)，地處錫伯圖河下游，地表水資源較豐富，地表水資源量可利用量為4107.78×104m3。錫伯圖河發(fā)源于額敏河北面的塔爾巴哈臺山東段南坡，該河流自東北流向西南，最終在額敏河中、下游匯入額敏河，其P=75%徑流量為5196×104m3。

2.3工程地質(zhì)條件

擬建工程地處沖積扇的下部，地勢比較平緩。

地層巖性：自上而下分為低液限粉土層。低液限粉土層：厚度0.8～1.8m，厚度變化大，結(jié)構(gòu)稍松，顆粒間可見孔隙。建筑區(qū)地下水屬于孔隙潛水，地下潛水位埋深8m，水質(zhì)良好，不存在地下水對建筑物的影響。

地質(zhì)構(gòu)造：北部為古老褶皺斷塊構(gòu)成塔爾巴哈臺山山系，低山區(qū)則是由新生代構(gòu)成的山前雁行排列的褶皺和斷裂，往南則是長期下降的接受沉積的盆地；工程區(qū)無區(qū)域性大斷裂通過，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），工程區(qū)地震動峰值加速度0.05g，地震基本烈度VI度。

3.工程設(shè)計

3.1工程總體布置

錫伯圖灌區(qū)牧區(qū)節(jié)水灌溉工程設(shè)計本著實事求是、科學(xué)研究、多方論證，盡可能因地制宜地采用先進(jìn)節(jié)水技術(shù)和經(jīng)濟(jì)耐用的建筑材料，盡量做到理論上可行、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約。

由于項目區(qū)條田、道路已成形，設(shè)計時充分考慮原有布置。項目區(qū)水源為地下水，計劃實施滴灌工程面積3000畝，主要種植打瓜。建設(shè)內(nèi)容為：首部5座，新建地埋PVC-U輸水管道14.9Km，鋪設(shè)滴灌帶195×104m，閘閥井35座?？紤]到按照現(xiàn)有地塊、條田、道路及機(jī)電井位置情況，布置5個獨立的灌溉系統(tǒng)，灌溉面積相同，每一區(qū)均有獨立的供水水源井。

3.2工程設(shè)計

（1）灌水器的選擇和布設(shè)

根據(jù)作物種類、種植方式、土壤類型、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、降雨以及新選用的灌水器類型，結(jié)合工程施工、管理、對農(nóng)田作物的影響及經(jīng)濟(jì)因素等，確定滴灌工程中滴頭和毛管的布置方式。

項目區(qū)種植作物為打瓜，打瓜的種植模式為窄行距為30cm，寬行距為70cm，株距為20cm，毛管一管兩行布置。考慮種植作物的倒茬，玉米的種植模式為行距為50cm，株距為15cm，毛管一管四行布置。原有的管道均可利用，只需更換地面毛管就可灌溉。

結(jié)合砂壤土特性和種植株行距，滴灌帶滴水口間距0.3m，設(shè)計工作水頭為10m情況下額定流量為1.8L/h、管徑為16mm的單翼迷宮式滴灌帶。滴灌帶鋪設(shè)間距為1.0m，沿種植方向鋪設(shè)。

（2）經(jīng)分析計算：濕潤比P為50%；設(shè)計灌水定額m為25.17（mm）；灌水周期T為3.91（d）取4天；一次灌水延續(xù)時間t為4.2（h/組）

（3）滴灌系統(tǒng)水力計算

全灌區(qū)5個滴灌系統(tǒng)的管路布置及設(shè)計方法均相同，本次設(shè)計將一區(qū)滴灌系統(tǒng)作為典型工程，詳述其設(shè)計思路及方法。

a輪灌方式

允許的最大輪灌組數(shù)：

N輪灌組≤Nmax=INT[CT/t] =21×4/4.2=20（組），根據(jù)實際情況取20個輪灌組，等于最大輪灌組數(shù)，滿足設(shè)計要求。本工程輪灌組編組方式采用每次開啟兩條分干管上的1條支管，本系統(tǒng)共4條分干管、40條支管，共劃分為20個輪灌組。

b設(shè)計流量推算

一區(qū)滴灌系統(tǒng)

①毛管流量的確定

該系統(tǒng)毛管長度為75m，滴頭設(shè)計流量為qd=1.8L/h，滴頭間距為0.3m，因此毛管流量為450（L/h） 。

②支管流量的確定

1條支管長度為65m，毛管間距為1m，帶65對毛管[INT（65/1）=65]；其流量為58500（L/h）=58.5m3/h。

c灌水小區(qū)水力設(shè)計

① 灌水小區(qū)設(shè)計允許水頭偏差[△h]為4.1

②灌水小區(qū)允許水頭偏差在毛管上的分配

因為灌水小區(qū)布置和毛管規(guī)格型號選擇已確定，毛管的水頭損失為1.27m，支管的允許水頭損失為2.83 m。

通過毛管極限孔數(shù)和極限長度計算，以上分配毛管的水頭損失偏小，經(jīng)過多次試算將毛管允許水頭損失調(diào)整為1.7m，既符合毛管極限長度要求，又使支管有較大的允許水頭損失，故將允許水頭損失確定為：，。

③ 毛管極限孔數(shù)和極限長度

本工程沿毛管鋪設(shè)方向坡降為2‰，按平坡設(shè)計。毛管極限孔數(shù)N為279個；毛管極限長度為75m；毛管進(jìn)口工作壓力為10.92m。

（4）支管管徑的確定與水頭損失的確定

a支管管徑選擇計算

每條支管雙向控制65對毛管，每條毛管流量為450（L/h），每條支管長65m，間距150m。毛管間距、支管允許水頭差都已確定，支管為多孔管，孔數(shù)為65，大于3，經(jīng)計算支管最小管徑為80.48（mm），取de90PVC-U管（0.4MPa），其內(nèi)徑為84.6mm。

b支管進(jìn)口壓力經(jīng)計算為12.56m。

（5）干管設(shè)計

a干管管徑的選擇

通過節(jié)點設(shè)20條支管；兩條分干管：1分干管、2分干管，長度均為675m；一條主干管，主干管垂直于分干管，長度為130m。干管管徑的選擇，以系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)與投資費(fèi)用之和最小來判定，并根據(jù)承受壓力確定各管段的管徑。

b節(jié)點壓力均衡驗算

通過各節(jié)點壓力推算，將管徑作適當(dāng)調(diào)節(jié)。

c設(shè)計水頭計算

經(jīng)過一區(qū)滴灌系統(tǒng)節(jié)點壓力均衡驗算，調(diào)節(jié)部分管段管徑后確定的主管道進(jìn)口水頭應(yīng)取H0=37.74m。

（6）水錘壓力驗算與防護(hù)

a驗算原則

按照《微灌工程技術(shù)規(guī)范》要求，微灌專用聚乙烯管（PE塑管）可不進(jìn)行水錘壓力驗算。

b直接水錘的壓力水頭增加值ΔH

（7）其它配套設(shè)備

水源為井水，水質(zhì)良好適于農(nóng)田灌溉，所含雜質(zhì)較少，首部選用一組“離心+網(wǎng)式”過濾器即可，其型號選擇應(yīng)根據(jù)其過流量（系統(tǒng)的設(shè)計流量）確定。首部設(shè)置施肥罐、壓力表、閥門等。

（8）設(shè)計基本參數(shù)技術(shù)指標(biāo)

a.土壤類型：砂壤土，土壤容重：r=1.45（g/cm3）；

b.田間灌溉水利用系數(shù)：η=0.90；

c.作物日耗水強(qiáng)度：E=5.8（mm/d）；

d.田間土壤持水率25%；

e.作物設(shè)計濕潤深度：h=50（cm）；

f.有效降雨強(qiáng)度：P0=0（mm/d）；

g.灌水均勻系數(shù)選用95%。

4.工程方案分析

4.1所選加壓滴灌既節(jié)水，又提高作物產(chǎn)量

項目區(qū)地勢平坦，北高南低，種植作物為打瓜，傳統(tǒng)地面灌溉灌水不均勻，水的利用率低。即使采用低壓管道灌溉，只解決了渠道輸水損失，田間灌水不均勻問題仍無法解決。由于灌區(qū)原有機(jī)井，具有加壓條件，修建加壓滴灌比較合理，既節(jié)水，又提高作物產(chǎn)量，也適于打瓜的種植，經(jīng)分析計算采用滴灌方式灌溉，每畝約可節(jié)省水量149.84m3，在投資方面，加壓滴灌約636.70元/畝，滴灌的投資較低。

4.2充分采用加壓滴灌，加快了施工進(jìn)度

采取直接抽取井水加壓滴灌即直接換泵，管道施工不影響灌溉，施工方便、此方案加快了施工進(jìn)度。

4.3采用加壓滴灌，減少工程投資

直接抽取井水加壓滴灌方案：投資相對較小，年運(yùn)行費(fèi)用少，建設(shè)期不影響生產(chǎn)灌溉，工期較短。若利用沉淀池二次加壓滴灌方案：投資相對較大，年運(yùn)行費(fèi)用大，建設(shè)期影響生產(chǎn)灌溉，工期較長。

參考文獻(xiàn)：

[1]《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》SL207—98.

[2]《節(jié)水灌溉工程實用手冊》SL236-1999.

[3]《塔城市錫伯圖灌區(qū)牧區(qū)節(jié)水灌溉示范項目實施方案》.