小型農(nóng)田水利高效節(jié)水分析

謝 莉

（運(yùn)城市鹽湖區(qū)水務(wù)局，山西 運(yùn)城044000）

1 概況

運(yùn)城市鹽湖區(qū)位于山西省南端，涑水河中游，東西寬40km，南北長(zhǎng)62km，總面積1237km2，其中山丘區(qū)246km2，平原區(qū)991km2。鹽湖區(qū)縱貫涑水盆地的中間地帶，地形變化較大，總地勢(shì)南北高，中間低，由北向西南逐漸下降，北部為孤島狀的稷王山、黃土丘陵地區(qū)；中北部屬涑水河沖湖積平原，中南部為湖泊分布的洼地； 南部為巍峨陡峭的中條山及山前傾斜平原。鹽湖區(qū)境內(nèi)平原區(qū)有涑水河、姚暹渠兩條主要河流。涑水河為黃河一級(jí)支流，姚暹渠為涑水河的一級(jí)支流。涑水河、姚暹渠均自東到西橫貫鹽湖區(qū)中部，二者均屬季節(jié)性過境河流。在鹽湖區(qū)境內(nèi)北部和南部山區(qū)的一些溝谷中汛期有短暫性洪水徑流，枯水季節(jié)在一些較深的溝谷中尚有少量清水流淌，但流量均在10L/s以下，且流淌時(shí)段不長(zhǎng)。另外在鹽湖區(qū)南部中條山北側(cè)呈串珠狀分布著長(zhǎng)年或季節(jié)性咸水湖泊，自東向西依次為苦池灘、湯里灘、鴨子池、鹽湖、北門灘、硝池，其中以鹽湖、硝池分布面積最大，且常年有水。

鹽湖區(qū)屬于半干旱大陸性季風(fēng)氣候，全年受季風(fēng)活動(dòng)影響，一般每年10月至次年5月，受西伯利亞干冷氣流控制，盛行東南風(fēng)，氣候特點(diǎn)是降雨集中，且多雷暴雨。多年平均降雨量537mm，最大降水量890mm（1958年），最小降雨量290.5mm （1997年），汛期降雨量占全年降雨量的64%。多年平均蒸發(fā)量2000mm（20cm口徑蒸發(fā)器數(shù)值），蒸發(fā)量是降雨量的3倍多。多年平均氣溫12～4 ℃，極端最低氣溫-18.5 ℃，極端最高氣溫42.7 ℃。無(wú)霜期208d，最大凍土深度0.45m。

2 運(yùn)城市鹽湖區(qū)小型農(nóng)田水利現(xiàn)狀

2010年鹽湖區(qū)被列入第二批中央財(cái)政小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣以來(lái)，大中型灌區(qū)的末級(jí)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。3年內(nèi)先后投資6411.94萬(wàn)元，完成了鹽湖區(qū)境內(nèi)尊村引黃灌區(qū)大部分末級(jí)渠系配套項(xiàng)目，修建末級(jí)渠道454.398km，配套建筑物14953座（處），鋪設(shè)輸水管道42.846km，新增引黃灌溉面積1.33萬(wàn)hm2，恢復(fù)、改善引黃灌溉面積1.73萬(wàn)hm2。截止2012年底，鹽湖區(qū)共建成各類灌溉工程3568處，其中大型灌區(qū)（尊村引黃灌區(qū)）1處，小型自流灌區(qū)16處，小型機(jī)電灌站7處，農(nóng)用灌溉機(jī)井3544眼。

根據(jù)《運(yùn)城市第二次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》，鹽湖區(qū)水資源可利用量8067萬(wàn)m3/a，其中地下水資源可開采量7079萬(wàn)m3/a，地表水可開采量988萬(wàn)m3/a。由于地表水缺乏，當(dāng)?shù)毓ぁ⑥r(nóng)業(yè)發(fā)展及生活用水主要依靠開采深層地下水。隨著城市發(fā)展，農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，用水量增大，地下水多年平均開采量已達(dá)11591萬(wàn)m3，為地下水可開采量的1.6倍；造成地下水嚴(yán)重超采，地下水位大幅下降，下降幅度從幾十米到一百多米，并形成向四周擴(kuò)散的漏斗區(qū)。鹽湖區(qū)全區(qū)水資源總量及可利用量如表1。

表1 鹽湖區(qū)水資源總量及可利用量 單位：萬(wàn)m3

3 井灌區(qū)管灌工程規(guī)劃

鹽湖區(qū)2013～2015年規(guī)劃的井灌區(qū)管灌主要集中在鹽湖區(qū)北部的王范、上郭、馮村和南部的席張共4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總規(guī)劃純井灌區(qū)管灌面積0.37萬(wàn)hm2，根據(jù)灌區(qū)實(shí)際地形地貌特征和控制的面積，本次選擇具有代表性的王范鄉(xiāng)杜東莊東南的1#，2#井的灌溉區(qū)域作為典型田面工程進(jìn)行分析。

3.1 區(qū)內(nèi)管網(wǎng)布置及輸水管材選擇

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地形條件、地塊大小、地塊形狀、作物種植方向等條件，該地塊共布設(shè)1根干管，6根支管。干管長(zhǎng)567m，支管總長(zhǎng)3419m。支管垂直干管布設(shè)，間距90m。

管道埋深不小于0.7m，給水栓間距40m，單個(gè)給水栓控制面積0.44hm2。

根據(jù)當(dāng)?shù)亟陙?lái)建設(shè)管灌的經(jīng)驗(yàn)，輸水干支管采用本地普遍使用的PVC塑料管材，管道工作壓力0.63MPa。

3.2 灌溉制度

3.2.1 灌溉定額

項(xiàng)目區(qū)種植作物為一年兩季，小麥?zhǔn)切杷孔畲蟮淖魑铮?玉米、 經(jīng)濟(jì)林灌水可避開小麥的灌水時(shí)間，按小麥灌溉計(jì)算設(shè)計(jì)流量。

小麥灌水定額按需水量最高灌漿期計(jì)算：

式中m為設(shè)計(jì)灌水定額（m3/hm2）；γd為土壤干容重（kN/m3），取14.2kN/m3；H為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度（cm），取70cm；β1為適宜含水量上限，取田間持水量（22.5%）的0.85～0.95，即20.5%；β2為適宜含水量下限，取田間持水量（22.5%）的0.60～0.65，即14.5%；m=596m3/hm2。

按最大蒸發(fā)量5.5mm/d計(jì)算，并結(jié)合當(dāng)?shù)毓喔冉?jīng)驗(yàn)，灌水周期取10d。水泵工作時(shí)間為20h/d。

3.3 單井控制面積復(fù)核

單井控制面積按公式A=QTtη/am計(jì)算。式中A為控制面積（hm2）；Q為單井出水量，取40～50m3/h；T為灌水延續(xù)時(shí)間（10d）；t為水泵工作時(shí)間，取20h/d；a為灌區(qū)內(nèi)某種作物的種植比例0.65%；m為灌區(qū)內(nèi)相應(yīng)作物的一次灌溉定額39.8m3；η為灌溉水利用系數(shù)，取0.85。

經(jīng)計(jì)算，單井控制面積262～327hm2，現(xiàn)有2眼水井單井出水能力40～50m3/h，可滿足灌溉要求。

3.4 管網(wǎng)水力計(jì)算

管徑確定的方法采用經(jīng)濟(jì)流速法。經(jīng)計(jì)算，干支管均采用公稱直徑φ110PVC管道，管道強(qiáng)度等級(jí)均為0.63MPa。

管網(wǎng)水頭損失包括沿程水頭損失和局部水頭損失，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 管網(wǎng)水頭損失計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，干管水頭損失15.8m，最遠(yuǎn)的6支管末端為最不利點(diǎn)，到最不利點(diǎn)的干支管累計(jì)總水頭損失30.8m。水源井動(dòng)水位到井口地面高差110m，井口地面高程454.2m，最不利點(diǎn)地面高程434.6m，地形高差-9.6m，加上井泵等水頭損失，現(xiàn)有井泵200QJ50-130/10型難以滿足灌溉要求，需對(duì)現(xiàn)有水泵更換為200QJ50-156/12型，配套功率37kW。

3.5 管線附屬構(gòu)筑物

3.5.1 給水栓

斗管每40m布置1個(gè)DN80mm鋼制給水栓，給水栓采用C20現(xiàn)澆混凝土護(hù)墩固定，出水口設(shè)C20現(xiàn)澆混凝土防沖池或預(yù)制C30混凝土防沖池。消能防沖池直徑0.5m，池深0.3m，出水流道寬0.3m，深0.25m，長(zhǎng)0.5m。現(xiàn)澆混凝土池壁厚8cm，預(yù)制混凝土池壁最小厚度5cm。

3.5.2 進(jìn)（排）氣閥、分水閥

為方便控制分水和防止管道負(fù)壓破壞，結(jié)合地形條件及設(shè)計(jì)縱坡，在管道隆起處設(shè)置進(jìn)（排）氣閥；干管、支管在分水口處設(shè)置DN100截止閥分水，以便于分片澆灌及維修。

閥井為直井式，根據(jù)管徑及井內(nèi)閥件數(shù)量確定井徑1.2m或0.8m，井深1.1～1.7m，采用M7.5水泥砂漿砌磚，底板為現(xiàn)澆C20混凝土，厚10cm。蓋板采用C25鋼筋混凝土預(yù)制，人孔直徑600mm，井蓋采用φ700鋼纖維混凝土井蓋。井內(nèi)設(shè)φ300現(xiàn)澆C15混凝土集水坑一個(gè)。井內(nèi)壁用1∶2水泥砂漿抹面，地基原土夯實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

高效節(jié)水灌溉工程實(shí)施后，明顯提高地下水資源和現(xiàn)有水井的利用率，節(jié)約水資源，有效緩解了區(qū)域水資源緊缺狀況，降低農(nóng)民灌溉成本，提高農(nóng)民的種田積極性，對(duì)加快新農(nóng)村建設(shè)具有重要意義。