鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利工程設(shè)計方案淺析

廉 納

(山西省運城市鹽湖區(qū)水務(wù)局, 山西 運城 044000)

鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利工程設(shè)計方案淺析

廉 納

(山西省運城市鹽湖區(qū)水務(wù)局, 山西 運城 044000)

受地理位置、自然氣候等影響，近年來鹽湖區(qū)旱災(zāi)頻繁發(fā)生，探討鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利工程設(shè)計迫在眉睫。本文依托小型農(nóng)田水利實施方案，選定灌區(qū)規(guī)劃范圍，設(shè)定項目建設(shè)內(nèi)容，選定2014年為設(shè)計基準(zhǔn)年，采用輪灌的灌溉方式。從灌溉制度擬定、灌溉水量計算、水資源供需平衡分析三個方面進(jìn)行需水量核定。對類似小型農(nóng)田水利工程設(shè)計具有借鑒意義。

小型農(nóng)田水利工程； 設(shè)計基準(zhǔn)年； 灌溉制度擬定； 灌溉水量計算； 供需平衡分析

1 概 況

運城市鹽湖區(qū)位于山西省南部，受地理位置、自然氣候等影響，該地區(qū)旱災(zāi)頻繁發(fā)生，經(jīng)常導(dǎo)致農(nóng)田大面積減產(chǎn)，直接影響糧食生產(chǎn)，嚴(yán)重制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，鹽湖區(qū)先后修建和配套了大量水利工程設(shè)施，引黃灌區(qū)末級渠系配套和各小型灌區(qū)的節(jié)水灌溉工程建設(shè)速度明顯加快。為進(jìn)一步擴(kuò)大、鞏固小型農(nóng)田水利建設(shè)成果，提高地下水資源和現(xiàn)有水井的利用率，特進(jìn)行鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利建設(shè)工程設(shè)計方案編制工作，本文依托《鹽湖區(qū)2015年度小型農(nóng)田水利重點縣建設(shè)項目實施方案》進(jìn)行深入分析，探討鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利建設(shè)工程設(shè)計中的經(jīng)驗和亮點，對加快新農(nóng)村建設(shè)具有重要意義[1]。

2 工程規(guī)劃

2.1 建設(shè)內(nèi)容

鹽湖區(qū)規(guī)劃發(fā)展農(nóng)田高效節(jié)水總面積3.443萬畝，其中：黃灌區(qū)管灌2.303萬畝，井灌區(qū)管灌1.09萬畝，大棚滴灌0.02萬畝，大田噴灌0.03萬畝。工程涉及泓芝驛鎮(zhèn)的余林、喬陽、寨頭、寨里、西翟底，北相鎮(zhèn)的南相、西張賀、西曲馬、北相、相莊、寨莊、小店，席張鄉(xiāng)的席張、南賈及龍居鎮(zhèn)的雷家坡村，共計4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)15個村。

工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：預(yù)應(yīng)力混凝土壓力管道鋪設(shè)、農(nóng)用灌溉移動水帶購置、水泵購置與安裝、水井管理房建設(shè)、噴灌管道設(shè)施鋪設(shè)與安裝、地下式鋼筋混凝土調(diào)蓄池建設(shè)等。

2.2 規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)

鹽湖區(qū)灌區(qū)屬缺水地區(qū)，主要農(nóng)作物為小麥、玉米、果樹和蔬菜等，灌溉方式有管灌、微灌、噴灌等，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50288—1999)、《微灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50485—2009)、《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50085—2007)，管灌工程的灌溉設(shè)計保證率取75%，微灌工程的灌溉設(shè)計保證率取85%，噴灌工程的灌溉設(shè)計保證率取85%。工程設(shè)計基準(zhǔn)年為2014年[2-3]。

2.3 總體布置

根據(jù)鹽湖區(qū)《小型農(nóng)田水利重點縣建設(shè)方案(2013—2015年)》，規(guī)劃建設(shè)任務(wù)主要分為中部和西南兩個片區(qū)，共發(fā)展高效節(jié)水總面積3.443萬畝，包含大棚滴灌、大田噴灌、管道輸水灌溉3種灌水方式。中部區(qū)為泓芝驛鎮(zhèn)、北相鎮(zhèn)2個鎮(zhèn)12個自然村，為黃灌區(qū)管灌和噴灌，發(fā)展管灌面積2.303萬畝，噴灌0.03萬畝；西南區(qū)包括席張鄉(xiāng)、龍居鎮(zhèn)2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)3個村莊，任務(wù)為大棚滴灌0.02萬畝、管道輸水灌溉1.09萬畝。結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔痊F(xiàn)狀，工程采用地下管道輸水，灌溉方式采用輪灌。一般情況以每眼井為一個獨立的灌水單元。干、支管根據(jù)地形坡度、作物種植方向和田間道路等因素布置，支管垂直干管布置，間距一般為80m。

3 需水量核定

3.1 灌溉制度擬定

2015年鹽湖區(qū)高效節(jié)水工程由黃灌區(qū)管灌、井灌區(qū)管灌、大棚滴灌、大田噴灌四部分組成。

3.1.1 灌溉水利用系數(shù)

灌溉水利用系數(shù)是根據(jù)灌區(qū)大小、水源情況、管渠系布置以及管渠道長度、土質(zhì)、防滲措施和管理水平等因素綜合確定[4]，根據(jù)國家和水利行業(yè)的有關(guān)規(guī)定和規(guī)范，管道輸水利用系數(shù)取0.95，管灌田間水利用系數(shù)取0.9，管灌水利用系數(shù)取0.85，滴灌灌溉水利用系數(shù)取0.9。

3.1.2 灌溉定額計算

農(nóng)田灌溉用水量一般應(yīng)根據(jù)灌區(qū)內(nèi)灌溉試驗資料確定，參照尊村引黃灌區(qū)30多年的灌溉經(jīng)驗，根據(jù)運城市農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的產(chǎn)量指標(biāo)及作物需水量、有效降水量，并考慮灌區(qū)的節(jié)水措施，按水量平衡原理綜合分析確定各種作物的灌溉定額。

a.作物產(chǎn)量指標(biāo)及田間耗水量。根據(jù)運城市農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和《山西農(nóng)業(yè)節(jié)水理論與作物高效用水》，灌區(qū)畝產(chǎn)量確定為小麥400kg/畝，棉花80kg/畝，玉米430kg/畝，果蔬1500～3500kg/畝。結(jié)合項目區(qū)群眾多年高產(chǎn)灌水的經(jīng)驗，項目區(qū)主要作物產(chǎn)量指標(biāo)及全生育期耗水量見表1。

表1 項目區(qū)作物產(chǎn)量指標(biāo)及田間總耗水量

b.作物設(shè)計年生長期。小麥生長期(首年10月至次年5月)，蘋果生長期(4—10月),玉米生長期(6—9月)。

c.不同灌溉設(shè)計保證率的設(shè)計降雨量。考慮年降雨量在時間分配上的差異以及對作物灌溉需水的影響，為避免出現(xiàn)作物生長期降雨頻率和灌溉設(shè)計保證率相差較大的情況，灌溉設(shè)計保證率采用作物生長期降雨資料進(jìn)行頻率計算，選擇降雨頻率和灌溉設(shè)計保證率相同的年份作為設(shè)計代表年。

由年降雨量表可推求多年平均降雨量，年降雨量變差系數(shù)CV=0.3。根據(jù)《山西省水文計算手冊》附錄表Ⅰ-2，Cs= 2CV，可求得不同灌溉設(shè)計保證率的設(shè)計年降雨量Pp，見表2。

表2 灌溉設(shè)計保證率的設(shè)計年降雨量

對1980—2012年全年降雨量分別在小麥生長期、蘋果生長期、玉米生長期進(jìn)行排頻分析，灌溉設(shè)計保證率按75%，確定2006年為設(shè)計代表年。

d.主要作物有效降雨。農(nóng)作物生長期降雨有效利用系數(shù)按0.8～0.9考慮。項目區(qū)作物代表年及設(shè)計年生長期有效降雨資料見表3。

表3 設(shè)計年降雨量月分配 單位：mm

e.灌溉定額核定。作物灌溉水量采用水量平衡分析法確定，在作物全生育期中任何一個時段，土壤計劃濕潤層H內(nèi)儲水量的變化采用如下水量平衡方程表示：

(1)

式中Wt，W0——任一時段t和時段初的土壤計劃濕潤層內(nèi)儲水量，m3/畝或mm；

Wr——由于土壤計劃濕潤層增加而增加的水量，在把作物整個生育期看作一個時段時，相當(dāng)于土壤儲水量按一個深度計算，取Wr=0；

P0——保存在土壤計劃濕潤層內(nèi)有效雨量，m3/畝或mm；

K——時段t內(nèi)的地下水補(bǔ)給量，項目區(qū)地下水埋深在3m以下，不予考慮；

M——作物時段t內(nèi)的灌溉水量，m3/畝或mm；

ET——作物時段t內(nèi)的田間需水量，m3/畝或mm。

作物灌溉水量可根據(jù)式(1)由式(2)計算推求：

(2)

計算得各種作物灌溉制度見表4。

表4 灌溉制度

續(xù)表

灌溉保證率75%的情況下，大田作物管道灌溉制度見表5。

表5 管灌區(qū)作物灌溉制度(P=75%)

M毛綜=(180×59%+120×41%+115×35%)/0.85=230.18m3/畝

q毛=0.24/0.85=0.28m3/(s·萬畝)

3.2 灌溉用水量計算

項目區(qū)高效節(jié)水灌溉面積3.443萬畝，其中黃灌區(qū)管灌2.303萬畝，井灌區(qū)管灌1.09萬畝，大棚滴灌0.02萬畝，大田噴灌0.03萬畝，詳見表6。

表6 鹽湖區(qū)2015年高效節(jié)水灌溉規(guī)劃

根據(jù)作物種植面積及灌溉制度，計算可得：黃灌區(qū)作物毛灌水率為0.28m3/(s·萬畝)，項目區(qū)管灌面積2.303萬畝，需要流量為0.64m3/s。項目實施區(qū)年共需水796.2萬m3，其中黃灌區(qū)530.1萬m3，井灌區(qū)266.1萬m3。灌溉用水量見表7。

表7 灌溉用水量

3.3 水資源供需平衡分析

項目實施后，年灌溉需水量266.1萬m3，除雷家坡利用中水50.7萬m3外，還需開采地下水215.4萬m3。根據(jù)《運城市第二次水資源調(diào)查評價報告》，該區(qū)域地下水可開采模數(shù)為15萬m3/(km2·a)，年允許開采量為300萬m3。項目區(qū)內(nèi)井灌區(qū)地下水資源的可開采量和37眼水井的取水能力，完全可滿足項目區(qū)年開采地下水215.4萬m3的需要。

雷家坡灌溉工程水源為城西富斯特污水處理廠中水，日排放量為5萬m3/d，中水出廠后，通過DN1800mmm鋼筋混凝土排水管排入硝池灘，沿途無用水戶。本次雷家坡農(nóng)田采用中水灌溉，水量完全可得到保證。

尊村引黃灌區(qū)孫塢二級站位于鹽湖區(qū)西張賀村，安裝兩臺SLOW350-380(Ⅰ)型水泵，設(shè)計流量為0.86m3/s。黃灌區(qū)的管灌灌水率為0.28m3/(s·萬畝)，2.303萬畝的黃灌面積需要的灌溉流量為0.64m3/(s·萬畝)，灌溉水源能滿足灌溉要求。

4 結(jié) 語

受地理位置、自然氣候等影響，近年來鹽湖區(qū)旱災(zāi)頻繁發(fā)生，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。為改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，本文依托鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利建設(shè)項目實施方案進(jìn)行深入分析，探討鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利工程設(shè)計方案。

鹽湖區(qū)規(guī)劃發(fā)展農(nóng)田高效節(jié)水總面積3.443萬畝，涉及4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)15個村，主要建設(shè)內(nèi)容包括：預(yù)應(yīng)力混凝土壓力管道鋪設(shè)、農(nóng)用灌溉移動水帶購置、水井管理房建設(shè)等。設(shè)計中，工程設(shè)計基準(zhǔn)年選定為2014年，管灌、微灌、噴灌工程的灌溉設(shè)計保證率分別取75%、85%、85%。結(jié)合灌溉現(xiàn)狀，采用地下管道輸水，灌溉方式采用輪灌。支管垂直干管布置，間距一般為80m。

設(shè)計中，依據(jù)行業(yè)規(guī)范和灌區(qū)現(xiàn)狀，選定管道輸水利用系數(shù)、管灌水利用系數(shù)等參數(shù)；從作物產(chǎn)量指標(biāo)及田間耗水量、作物設(shè)計年生長期、不同灌溉設(shè)計保證率的設(shè)計降雨量等幾個方面進(jìn)行灌區(qū)灌溉定額計算；綜合灌溉面積分析灌溉用水量，依據(jù)地下水開采和中水回用進(jìn)行水資源供需平衡分析。

[1] 陳孝琴.小型農(nóng)田水利工程建設(shè)問題的探討[J].現(xiàn)代制造,2010(6):17-17.

[2] 徐滿杰.淺談小型農(nóng)田水利工程建設(shè)問題及對策[J].科學(xué)之友,2010(5):61-62.

[3] 王懋懿.談小型農(nóng)田水利工程設(shè)計的幾點體會[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012(22):34-34.

[4] 董長青.新時期小型農(nóng)田水利工程設(shè)計相關(guān)問題的分析[J].科技展望,2014(11):175-175.

Analysis on design plan of small farmland water conservancy projects in Yanhu District

LIAN Na

(ShanxiYunchengYanhuDistrictWaterBureau,Yuncheng044000,China)

Yanhu District suffers from frequent droughts in recent years due to the influence of geographical location and natural climate, etc. It is urgent to design small farmland water conservancy projects in Yanhu District. In the paper, small farmland water conservancy implementation plans are relied for selecting the irrigation area plan scope. Project construction contents are set. 2014 is regarded as the base year for design. Rotation irrigation mode is adopted. Water demand is checked from three aspects of irrigation system formulation, irrigation water quantity calculation and water resources supply demand balance analysis. The paper has reference significance for designing similar small farmland water conversancy projects.

small farmland water conservancy projects; design base year; irrigation system setting; calculation of irrigation water quantity; supply-demand balance analysis

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.07.020

TV93

A

2096-0131(2017)07- 0070- 05