阜新市節(jié)水灌溉工程管網(wǎng)設(shè)計及應(yīng)用探析

□文經(jīng)緯(阜新市水利勘測設(shè)計研究院）

1 工程建設(shè)必要性和可行性

阜新市在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，由于當?shù)厮Y源嚴重短缺，并且農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)不科學、不合理，造成灌溉過程中出現(xiàn)大水漫灌的情況，造成了水資源的嚴重浪費，不利于阜新市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科學化、可持續(xù)性發(fā)展要求。而且，在浪費水資源的同時，農(nóng)業(yè)灌溉效果不佳，得不到較好的經(jīng)濟效益。

水利工程建設(shè)特別是農(nóng)業(yè)灌溉工程的實踐表明，工程在取得良好的效益后，會產(chǎn)生巨大的示范作用和附加效益[4-3]。阜新市節(jié)水灌溉項目實施后，有顯著的節(jié)水效益和經(jīng)濟效益，對附近的區(qū)縣節(jié)水灌溉都有較好的示范帶頭作用，對推動阜新市節(jié)水灌溉發(fā)展也是十分必要的。

2 工程概況

阜新市節(jié)水灌溉示范工程以細河區(qū)黃家溝為示范區(qū)，距阜新市區(qū)約6 km，距下游四合水庫約1.40 km。細河流域及繞陽河流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L氣候，年平均降水量511.40mm，黃家溝村多年來一直以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植業(yè)為主，主要作物是玉米和花生。黃家溝分區(qū)現(xiàn)有水源工程3處，一處為位于項目區(qū)北側(cè)的塘壩，深9m，總庫容6萬m3，巴斯營子河截潛流通過混凝土輸水管線與塘壩相連，近幾年截潛工程向塘壩的年輸水量均穩(wěn)定在100萬m3以上，平均日輸水量2740m3/d；另兩處位于項目區(qū)西側(cè)緊鄰四官營子河西支的方塘和緊鄰高速公路項目區(qū)南側(cè)方塘，長120m，寬35m，深9m，方塘出水量按近似大口井出水量計算約為1908m3/d。

3 節(jié)水灌溉工程管網(wǎng)布置

3.1 灌溉管網(wǎng)布置

黃家溝分區(qū)節(jié)水灌溉面積194 hm2，采用涌泉灌（小管出流）的灌溉方式，灌溉管網(wǎng)工程建筑物級別為5級。根據(jù)黃家溝分區(qū)水文、地質(zhì)、地形條件特點，將黃家溝分區(qū)分為4個小區(qū)，4個小區(qū)分別通過泵房中的提水泵加壓輸送到灌溉管網(wǎng)，直接通過田間配水系統(tǒng)，由小管出流的方式流到果樹根部。管網(wǎng)采用干管、分干管、支管、毛管四級配置，輸水干管沿小區(qū)邊東西布置，毛管沿作物行向布置，各級管路相互垂直，干管、分干管、支管埋入地下1.70m。管網(wǎng)布置平面圖見圖1（黃家溝Ⅱ區(qū)典型區(qū)）。

圖1 管網(wǎng)布置平面圖

3.2 輪灌控制面積

黃家溝4個分區(qū)按照灌溉面積不同，采取差異化輪灌。Ⅰ區(qū)根據(jù)系統(tǒng)工作制度，共分2個輪灌組，每個輪灌小區(qū)平均控制灌溉面積5.43 hm2，設(shè)計流量68.19m3/h；Ⅱ區(qū)共分22個輪灌組，每個輪灌小區(qū)平均控制灌溉面積2.58 hm2，設(shè)計流量132.19m3/h；Ⅲ區(qū)共分6個輪灌組，每個輪灌小區(qū)平均控制灌溉面積11.80hm2，設(shè)計流量136.42m3/h；Ⅳ區(qū)共分6個輪灌組，每個輪灌小區(qū)平均控制灌溉面積9.28 hm2，設(shè)計流量68.19m3/h，見表1。

4 節(jié)水灌溉工程管道設(shè)計

節(jié)水灌溉工程管網(wǎng)設(shè)計以Ⅱ區(qū)為典型區(qū)進行計算和優(yōu)化設(shè)計，其他3個區(qū)可按同樣方法得出結(jié)果。

表1 黃家溝分區(qū)輪灌控制設(shè)計參數(shù)表

4.1 管道流量計算

根據(jù)灌溉制度和灌溉方式確定主干管的設(shè)計流量132.19m3/h；分干管的設(shè)計流量66.10m3/h；支管（雙向布置）的設(shè)計流量66.10m3/h；豎管的設(shè)計流量1.84m3/h，毛管（雙向布置）的設(shè)計流量1.84m3/h；灌溉小管出流量18 L/h；灌溉小管底部穩(wěn)流器流量18 L/h。

4.2 管材、管徑選擇

通過對鑄鐵管、PVC管材、PP管材、PE管材施工工藝難易程度、價格、運輸?shù)纫蛩氐木C合考慮，確定選擇施工方便、價格合理的PE管材。采用熱熔連接。

式中：Q—設(shè)計流量，m3/h；v—經(jīng)濟流速，1.00～1.50m/s。

根據(jù)以上公式，分析計算主干管管徑為φ200mm，壓力等級0.60MPa；分干管管徑φ125mm，壓力等級0.60MPa；支管管徑為φ125mm，壓力等級0.60MPa；豎管管徑為φ50mm，壓力等級0.60MPa；毛管管徑為φ25mm，壓力等級0.25MPa；灌溉小管管徑為φ4mm，壓力等級0.25MPa。管件壓力等級應(yīng)與管材一致。

4.3 極限孔數(shù)

式中：Nm—毛管極限分流孔數(shù)目；INT—實數(shù)取整；△h2—水頭允許偏差，[△h2]=β2[△h]；△h—允許工作水頭范圍，灌水器允許工作水頭范圍，△h=hd=20m；β2—允許水頭偏差分配給毛管的比例，β2=1-β1；β1—允許水頭偏差分配給支管的比例，β1=1/[1+L2(α1n1)/L1]0.29；L1—支管距離，L1=142m；L2—毛管距離，L2=40.40m；α1—毛管分布系數(shù)；n1—單側(cè)毛管數(shù)，n1=36；d—毛管內(nèi)徑，d=20.40mm；K—水頭損失擴大系數(shù)，取K=1.10；S—分流孔距離，S=0.80m；qd—毛管上單孔設(shè)計流量，qd=18L/h。

經(jīng)計算得毛管極限孔數(shù)Nm=139孔。

按分流孔間距0.80m計算，均勻地形毛管最長可鋪設(shè)174m，如超過了此長度，均勻度就會較差。根據(jù)小區(qū)地塊形狀，為了使輪灌便于控制，設(shè)計毛管鋪設(shè)長度為40.40m。同理，可求得支管的極限孔數(shù)為85孔，均勻地形毛管最長可鋪設(shè)340m，設(shè)計支管鋪設(shè)長度為74m。

4.4 水力計算

管網(wǎng)水力計算選擇最遠處代表性位置進行典型管路水力計算。

毛管進口水頭計算按照以下公式：h0毛=hd+hf+hj

式中：h0毛—毛管進口水頭，m；hd—小管工作水頭，hd=20m；hf—沿程損失，hf=fLQm/db×F；f—水頭損失計算的系數(shù)，按聚乙烯管，D>8mm取f=0.51；m—水頭損失計算指數(shù)，m=1.75；b—水頭損失計算指數(shù)，b=4.75；L—長度，40.40m；Q—毛管設(shè)計流量，918 L/h；d—管內(nèi)徑，20.40mm；hj—毛管局部水頭損失按沿程水頭損失的15%計算；F—多孔系數(shù),查表0.37。

經(jīng)計算毛管設(shè)計進口水頭損失為20.79m。

同樣計算方式下，可以得出支管、分干管以及干管的進口水頭損失。經(jīng)計算得，支管設(shè)計進口水頭損失為22.32m，分干管設(shè)計進口水頭損失為26.38m，干管設(shè)計進口水頭損失為49.36m。

由以上分析，另外過濾器經(jīng)查得8m，其它管件水頭損失取2m，方塘深9m，首部損失h首＝19m。

Ⅱ區(qū)總揚程為H=h0干+h首=68.36m。

根據(jù)Ⅱ區(qū)計算公式，可得Ⅰ區(qū)總揚程為H=h0干+h首=76.72m；Ⅲ區(qū)總揚程為H=h0干+h首=63.35m；Ⅳ區(qū)總揚程為H=h0干+h首=59.40m。

4.5 水泵選型

根據(jù)水源型式、管網(wǎng)設(shè)計流量及水力計算等情況，選用維修和使用方便的潛水泵。泵型選擇如表2。

表2 水泵型號及參數(shù)表

5 結(jié)語

通過阜新市項目區(qū)節(jié)水灌溉工程管網(wǎng)設(shè)計，有力地推進了節(jié)水灌溉工程的順利推進和實施，在工程產(chǎn)生良好經(jīng)濟效益的同時，也產(chǎn)生了較好的社會效益和生態(tài)效益，農(nóng)民收入得到大幅提高，水資源利用率也得到了較大提升。同時，耕地土壤結(jié)構(gòu)得到改觀，避免了土壤的次生鹽漬化和耕地養(yǎng)分流失，提高了耕地利用效率，有力地解決了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源短缺的矛盾，提高了項目區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量，也為阜新市今后節(jié)水灌溉工程的發(fā)展起到了很好的示范作用。

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