蒙山縣屯巴山灌片高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計

葉 慧

（廣西桂禹工程咨詢有限公司，南寧 530023）

蒙山縣屯巴山灌片高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計

葉 慧

（廣西桂禹工程咨詢有限公司，南寧 530023）

介紹了蒙山縣屯巴山灌片高效節(jié)水灌溉工程的基本情況，論述了灌溉方式、供水方式、管材比選情況。選定了低壓管灌、水泵加高位水池供水、PE管道的節(jié)水灌溉方式，并根據(jù)現(xiàn)有地形、地質(zhì)、水源條件、作物種植結(jié)構(gòu)等條件，在連片面積4 000畝的蜜柚種植區(qū)范圍內(nèi)論述了低壓管灌的灌溉制度、高位水池及管網(wǎng)布置設(shè)計。

高效節(jié)水；低壓管灌；灌溉制度；設(shè)計

1 工程概況

蒙山縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，縣境內(nèi)氣候溫和，雨量充沛，雨熱同季，夏季長，酷熱；冬季短，無霜期長。項目區(qū)涉及蒙山縣新圩鎮(zhèn)古定村、四聯(lián)村、謝村村，距離新圩鎮(zhèn)政府15 km，距離蒙山縣城25 km。灌區(qū)西起四聯(lián)林場、東到屯巴茶場，北起屯巴茶場古定，南到謝村村界，灌片面積0.4萬畝。項目區(qū)原為荒山，2009年由廣西惠豐農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司承包種植蜜柚。目前項目區(qū)內(nèi)已鋪設(shè)有約5.2 km輸水干管及37座水池（30 m3/座），輸水干管僅將山塘水輸送至水池，蜜柚地內(nèi)未鋪設(shè)管路，由于部分水池修建位置較高，有12座水池水無法送達。

2 工程設(shè)計

2.1 灌溉方式比選

目前，節(jié)水灌溉方式主要有渠道灌溉、滴灌、噴灌及低壓管道灌溉。

渠道灌溉對地形要求最高，其坡度不能超過5°；滴管能適應(yīng)地形坡度15°以下的地區(qū)；噴灌對地形坡度要求較小，但不應(yīng)大于25°，當?shù)孛嫫露容^大時，允許噴灌強度將會降低；低壓管灌對地形要求最低，能適應(yīng)各種地形。

灌溉方式的選擇還需考慮運行成本和工程建設(shè)成本，各種灌溉方式的運行成本和工程建設(shè)成本如表1所示：

表1 灌溉運行成本和工程建成成本 元/畝

項目區(qū)的土地多為起伏不定的丘陵且地勢較高，不宜采用渠道灌溉；噴灌受風(fēng)的影響較大、蒸發(fā)損失大，且一次性投入大，本項目在山區(qū)風(fēng)大，不宜采用；滴灌存在投資大、管道和滴頭易堵塞等缺點。采用低壓管灌的優(yōu)勢在于：

（1）適應(yīng)性強。低壓管灌系統(tǒng)利用一系列塑料管道輸水配水，管材輕便，結(jié)構(gòu)簡單、布設(shè)容易，能適應(yīng)各種復(fù)雜地形。

（2）不影響其他農(nóng)事活動。由于低壓管灌地面工程的部分只有出水栓，而每個出水栓灌溉的面積達3.75畝，對機械耕種影響不大，方便了田間管理。

（3）投資小，成本低。低壓管灌可以節(jié)約投資，不像噴灌需要噴頭，且對水管的承壓能力也要求較高，也不像滴管，需要滴頭、鋪設(shè)毛管和輔管，因此采用低壓管灌可節(jié)約投資。

因為低壓管灌在當?shù)乇鹊喂?、噴灌具有很大的?yōu)越性，因此本項目高效節(jié)水灌溉方式采用低壓管灌。

2.2 供水方式比選

本工程水源為屯巴山山塘，山塘地勢較高，項目區(qū)內(nèi)2 960畝蜜柚地可通過管道自流灌溉，僅有1 040畝蜜柚地需抽水灌溉。目前，高效節(jié)水灌溉工程抽水灌溉供水方式主要有水泵+高位水池供水和水泵直供等兩種方式。根據(jù)節(jié)省能源、合理設(shè)計的原則，針對項目區(qū)實際情況進行供水方式比選，確定方案。

由于屯巴山灌片面積較小，總灌溉面積0.4萬畝，其中能利用山塘水自流灌溉的面積達2 960畝，僅有1 040畝蜜柚地需要加壓進行灌溉。采用變頻水泵直供難以保證水泵在高效區(qū)內(nèi)運行，能耗太大。采用高位水池供水由于供水水頭及供水量基本不變，可以保證水泵在高效區(qū)內(nèi)運行，降低了能耗。根據(jù)調(diào)查項目區(qū)內(nèi)有較高的山坡，在山坡修建高位水池就可滿足自流灌溉。結(jié)合本灌片實際情況，既方便運行管理、又保證整個灌片長期高效運行，本次設(shè)計選用水泵+高位水池的供水方案。

圖1 總平面布置圖

2.3 管材比選

目前，可用于較大供水使用的管材較多，有預(yù)應(yīng)力（自應(yīng)力）鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、鑄鐵管、塑料管。根據(jù)項目的具體情況綜合對比后確定。

（1）鋼筋混凝土管。鋼筋混凝土管與鋼管和鑄鐵管相比，具有省鋼材、造價低、耐腐蝕、壽命長、剛度好、不污染水質(zhì)等特點，在同荷載、同直徑條件下，比鋼管節(jié)省鋼材70%左右。缺點是自重大、管材性能不均勻、較易爆管、接頭防滲性能差。主要用于地基較好、地形平坦、中低水壓條件下的供水管網(wǎng)。管徑為110 mm，厚度為5 mm的鋼筋砼管的單價約為60元/m。

（2）玻璃鋼管。玻璃鋼管是近年來廣泛應(yīng)用于供水行業(yè)的新興管材，主要由疏璃鋼絲和樹脂等高強復(fù)合材料制作而成，主要優(yōu)缺點如下：①主要優(yōu)點：糙率小，輸水能力強；重量輕，運輸安裝方便；強度高，耐內(nèi)壓性能好；耐腐蝕性能好；使用壽命長；價格較便宜；②主要缺點：供水保證性差；抗外壓能力差；管道配件加工困難，配件價格昂貴；對基礎(chǔ)要求較高；長期使用安全性能會降低。管徑為110 mm，厚度為5mm的玻璃鋼管的單價約為85元/m。

（3）鋼管。鋼管是傳統(tǒng)的供水管材，具有整體性好，管道無明顯薄弱環(huán)節(jié)，適應(yīng)于較復(fù)雜的地形安裝，但因其造價高，防腐差，使用壽命短等缺點比較明顯，一般僅用于穿越障礙物地段。管徑為110 mm，厚度為5 mm的鋼管的單價約為73元/m。

（4）鑄鐵管。鑄鐵管是較早應(yīng)用于供水工程的管道，其具有機械性能好，供水事故率低，維修費用少，管配件齊全，接口容易等優(yōu)點，但造價高，防腐性能差。管徑為110 mm，厚度為5 mm的鑄鐵管的單價約為40元/m。

（5）塑料管。塑料管的優(yōu)點：造價較低，加工費用較低，小管徑上具有價格優(yōu)勢，糙率小、輸水能力強且穩(wěn)定，塑料管表面光滑，不易腐蝕；機械性能好，連接方便經(jīng)濟，可隨便切割加工；重量輕、運輸安裝方便，吊裝設(shè)備簡單，較小管徑現(xiàn)場人力便可解決吊裝就位問題；抗腐能力強，不需要防腐處理，整個管材材料均勻，均為塑料加工而成，其防腐性能好，主要忌紫外線和長期暴曬，埋地壽命達30年以上。缺點是受溫度影響明顯，當溫度為30℃時，應(yīng)乘以0.87的折減系數(shù)，40℃時乘以0.74的折減系數(shù)；塑料管對填土的質(zhì)量要求較高，否則易引起局部變形，尤其是彎道段，增加了管道的內(nèi)應(yīng)力與內(nèi)水壓相疊加，如超過管材的允許應(yīng)力則易爆管。因此在選擇公稱應(yīng)力時應(yīng)留有一定的余度，以適應(yīng)溫度、地基沉陷、填土不實、不均勻等外界因素的影響。管徑為110 mm，厚度為5 mm的塑料管的單價約為31元/m。本項目干支管管徑均低于400 mm。本項目需要管材約69 km，拿本項目用量最多的管徑為110 mm的管材做比較，各種材質(zhì)的管材投資比較如表2所示：

表2 各類管材投資比較表

由表2可知，采用塑料管相比其他材質(zhì)的管材可節(jié)約較多投資。

根據(jù)上述對各種管材的綜合對比，考慮本項目處于農(nóng)村地區(qū)，項目地質(zhì)地形條件復(fù)雜，局部地段屬于土石山區(qū)。選擇供貨安裝較易，管配件齊全，經(jīng)濟合理，在滿足施工進度要求前提下，考慮施工方便，維護費用等因素，經(jīng)綜合上述各種管材性能、價格、結(jié)合工程的具體情況，本工程選用塑料管（PE管）作為輸水管。

2.4 灌溉制度

（1）種植結(jié)構(gòu)。根據(jù)當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，項目區(qū)內(nèi)以種植蜜柚為主。屯巴山灌片共發(fā)展高效節(jié)水灌溉0.4萬畝，灌溉方式為低壓管灌。

（2）最大凈灌水定額。根據(jù)《廣西小型農(nóng)田水利工程規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》和《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T20203-2006），灌溉設(shè)計灌水定額可采用公式計算，設(shè)計凈灌定額成果見表3。

表3 設(shè)計凈灌水定額計算成果

（3）灌水周期。本次計算搜集到蒙山氣象站85%保證率對應(yīng)年份1972年的逐日降雨、蒸發(fā)資料，采用水量平衡分析法進行逐日補充灌水量計算，得時段的最大平均補充灌溉強度Ia=1.62 mm/d。灌溉最大灌水周期T=7.09 d，設(shè)計灌水周期取7 d。

（4）設(shè)計灌水定額。根據(jù)灌水周期，設(shè)計灌水定額成果見表4。

表4 設(shè)計灌水定額計算成果

（5）設(shè)計灌水時間。計算得，一次灌水延續(xù)時間為5.06 h，取5.0 h。

（6）灌溉制度。計算得，允許最大輪灌組數(shù)為16組，取16組。

（7）灌區(qū)內(nèi)流量。已知項目區(qū)設(shè)計灌溉面積為0.4萬畝。計算得到本次項目的設(shè)計流量。按照蜜柚每年灌溉8次，計算項目區(qū)的需水總量。灌水率為0.32 m3/s?萬畝。計算結(jié)果見表5。

表5 項目區(qū)灌溉需水量計算表

2.5 管網(wǎng)布置

輸水線路選擇原則：①盡量做到線路短、起伏小、土石方工程量少、造價經(jīng)濟、少占農(nóng)田，不占房屋，避免移民安置；②線路走向和位置盡可能沿現(xiàn)有道路敷設(shè)，方便施工和運行管理。

為了少占耕地，節(jié)約土地資源，同時避免硬塑管遭受人畜破壞，輸水管采用埋管布置，管頂最小埋深為0.6 m。

本項目管網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要包括：山塘（水池+移動泵）—干管—分干管—支管。其中干管與分干管、分干管與支管布置型式采用梳子型或“豐”字型，干管、分干管、支管均為地埋管。

（1）支管布置：支管垂直于分干管，采用PE管，埋設(shè)于地下，支管通過立管給給水栓配水，為了便于灌溉控制，每條支管在首端設(shè)置閥門控制。

（2）分干管布置：分干管垂直干管，采用PE管，埋設(shè)于地下。在每個輪灌系統(tǒng)的分干管首端設(shè)置閘閥井，井內(nèi)設(shè)有閥門控制。

（3）干管布置：干管根據(jù)總體布置要求沿現(xiàn)有道路布置，采用PE管，埋設(shè)于地下。

2.6 水池設(shè)計

本工程新建14座高位水池，依次為1#～14#水池，其中250 m3水池1座、50 m3水池3座、30 m3水池10座。250 m3水池采用鋼筋砼心墻外砌磚墻，池深3.8 m；50m3、30m3水池采用砼心墻外砌磚墻，池深2.5m。

（1）1#～10#水池。目前項目區(qū)內(nèi)已建有30 m3水池37座，由于水池分布不均勻，本次設(shè)計根據(jù)項目區(qū)實際情況增設(shè)10座30 m3水池，依次為1#～10#水池，主要布置在項目區(qū)內(nèi)地勢相對較高的位置，在高水位時將水蓄滿，低水位時項目區(qū)內(nèi)一些無法自流灌溉的蜜柚可利用水池水進行灌溉，其中3#、5#、10#兼作為輸水干管調(diào)壓池（項目區(qū)局部地勢較低，水壓較大，通過水池調(diào)壓，可降低管道壓力等級，減小投資）。

（2）11#水池。11#水池為J04灌水系統(tǒng)供水水池，J04灌水系統(tǒng)灌溉面積為170畝，灌溉需水量為21.6 m3/h，由水池容積按滿足灌水系統(tǒng)2～4 h的灌水量設(shè)計，即V=43.2～86.4m3，故確定水池容積為50m3。

（3）12#水池。12#水池即為J01、J02、J03等3個灌水系統(tǒng)供水水池，又作為11#水池加壓泵（E輸水管移動泵）的進水前池，J01、J02、J03等3個灌水系統(tǒng)灌溉面積為610畝，灌溉需水量為74.8 m3/d，E輸水管移動泵設(shè)計流量為21.6 m3/h。水池容積按滿足灌水系統(tǒng)2～4h的灌水量及水泵運行15min的需水量計算，V=155～304.6 m3，故確定水池容積為250 m3。

（4）13#水池。13#水池為J05灌水系統(tǒng)供水水池，J05灌水系統(tǒng)灌溉面積為130畝，灌溉需水量為17.3 m3/h，由水池容積按滿足灌水系統(tǒng)2～4 h的灌水量設(shè)計，即V=34.6～69.2 m3，故確定水池容積為50 m3。

（5）14#水池。14#水池為J06灌水系統(tǒng)供水水池，J06灌水系統(tǒng)灌溉面積為130畝，灌溉需水量為17.3 m3/h，由水池容積按滿足灌水系統(tǒng)2～4 h的灌水量設(shè)計，即V=34.6～69.2 m3，故確定水池容積為50 m3。

3 結(jié)語

目前該項目正在實施中，該項目結(jié)合蒙山縣的特色經(jīng)濟，大力發(fā)展“水果上山”項目，在連片面積4 000畝蜜柚種植基地發(fā)展高效節(jié)水灌溉項目，設(shè)計采用成本較低又能達到高效節(jié)水目的灌溉方式——低壓管灌，結(jié)合輸水管網(wǎng)可實現(xiàn)水肥一體化，達到節(jié)水、省肥、省工、省力、降低濕度、減輕病害、增產(chǎn)高效的效果。

（責任編輯：劉征湛）

Design of efficient water-saving irrigation project for Tunbashan irrigation zone in Mengshan County

YE Hui
（Guangxi Guiyu Engineering Consultant Co.Ltd.,Nanning 530023,China）

An introduction was made on the efficient water-saving irrigation project for Tunbashan irrigation zone in Mengshan County.The author discussed the irrigation mode,water supply mode,comparison and selection of pipe material,based on which low pressure pipe irrigation,combined water supply mode incorporating pump and el?evated water tank,PE pipe material were determined.For a pomelo planting zone with a contiguous area of 660 acres,low pressure pipe irrigation system,elevated tank and pipe network were designed according to the topogra?phy,geology,water sources and planting structure.

Efficient water-saving;low pressure pipe irrigation;irrigation system;design

S27

B

1003-1510（2016）02-0060-04

2015-02-01

葉 慧（1982-），女，廣西賀州人，廣西桂禹工程咨詢有限公司工程師，學(xué)士，從事水利水電工程設(shè)計工作。