商南縣山區(qū)特色農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉方案計(jì)算分析

胡 輝

（商南縣十里坪鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，陜西 商南 726306）

1 概況

陜西省商南縣是一塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以低山、丘陵為主體的山區(qū)，平均海拔896.3 m。境內(nèi)地勢西南部和北部較高，東南部和中部較低，千米以下的低山、丘陵占總面積的77%。為亞熱帶半濕潤氣候，多年平均降雨量為840 mm，降雨量年際變化大，年內(nèi)分配不均勻。區(qū)內(nèi)有試馬河、捉馬溝以及堰塘和大口井。為促進(jìn)山區(qū)特色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，規(guī)劃在試馬鎮(zhèn)郭埡村、李家溝、大坪村建設(shè)茶園，紅廟村建設(shè)櫻桃園，為了確保經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量，需配套建設(shè)農(nóng)田水利項(xiàng)目，需對灌溉用水和節(jié)水方案進(jìn)行計(jì)算分析。

2 研究區(qū)水源工程及特色農(nóng)業(yè)

2.1 研究區(qū)水源

研究區(qū)現(xiàn)有引水樞紐6座，澇池1座、堰塘1座、大口井8個(gè)，水利設(shè)施為上世紀(jì)七八十年代修建。水資源豐富，降水相對豐沛，但由于降水在年際、年內(nèi)分配極不均勻，干旱時(shí)有發(fā)生，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抵御干旱的能力低下。水源工程常年失修，原水源工程破壞嚴(yán)重，無法發(fā)揮其應(yīng)有作用，可靠性無法保證。渠系工程不健全、不完善，干渠渠道襯砌率低，渠道坍塌、滲漏、淤積等問題嚴(yán)重，無田間灌溉渠道，導(dǎo)致渠系不能發(fā)揮作用?，F(xiàn)有水利設(shè)施灌溉保證率低，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，抵御干旱災(zāi)害的能力低下，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

2.2 特色農(nóng)業(yè)

商南縣山區(qū)特色農(nóng)業(yè)高效節(jié)水項(xiàng)目主要包括郭埡村茶園灌溉工程、李家溝茶園灌溉工程、紅廟村櫻桃園堰塘改造工程、大坪村茶園灌溉工程。為保障項(xiàng)目順利實(shí)施，故以郭埡村茶園大口井噴灌和紅廟村櫻桃園堰塘微灌為例，進(jìn)行特色農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉方案分析。

3 郭埡村茶園噴灌方案計(jì)算分析

郭埡村地下水資源豐富，且埋藏較淺，所以在非水庫灌區(qū)及不具備自流條件的灌區(qū)，灌溉水源為大口井,茶園灌溉工程控制灌溉面積1960畝，以大口井為水源，設(shè)計(jì)在項(xiàng)目區(qū)建設(shè)噴灌工程以解決茶園灌溉問題。灌溉水利用系數(shù)取0.9，設(shè)計(jì)保證率為85%。則設(shè)計(jì)灌溉系統(tǒng)流量為31.75 L/s，根據(jù)地形及大口井出水量，郭埡村茶園灌溉工程分為4個(gè)片區(qū)。項(xiàng)目區(qū)總需水量及最高日、時(shí)需水量計(jì)算見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)需水總量計(jì)算表

3.1 大口井設(shè)計(jì)

（1）大口井水量計(jì)算

根據(jù)鉆探與抽水試驗(yàn)成果，按照下式計(jì)算。

式中：Q為單井出水量，m3/d；S為水位降深，m；K為滲透系數(shù)，m/d；H為含水層厚度，m；R為影響半徑，m；r0為大口井半徑，m；L為大口井中心距河邊距離，m。

采用直徑4 m和3 m大口井，單井出水量為57.41 m3/h～199.90 m3/h，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 大口井單井涌水量計(jì)算表

計(jì)算結(jié)果均大于表1各時(shí)段蓄水總量，滿足供水需求。

（2）大口井典型設(shè)計(jì)

水源井工程包括大口井、抽水泵、泵房及配電設(shè)備等。項(xiàng)目區(qū)種植作物以茶樹為主，最大灌溉定額為24.4 m3/畝，灌溉水利用系數(shù)為0.9，按下式計(jì)算單井控制面積量。

式中：A為單井控制種植作物面積；Q為單井出流量，m3/h；t為日凈灌時(shí)間；T為灌水周期，6天；m為灌水定額，24.4 m3/畝；η為灌溉水利用系數(shù)，取0.9。

表3 大口井單井可控制最大灌溉面積計(jì)算表

計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可知，空置面積均大于實(shí)際灌溉面積，滿足要求。

（3）大口井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井壁下部刃腳為C20鋼筋砼，井壁采用C25預(yù)制鋼筋砼，壁厚30 cm，井底設(shè)20 cm厚C20混凝土墊層，防止井底涌砂。井蓋為C25鋼筋砼現(xiàn)澆，井蓋處設(shè)檢修孔，以便檢修及設(shè)備安裝。以郭埡村茶園灌溉工程1#大口井為例計(jì)算水泵選型，該井為噴灌水源，單井控制面積為500畝，井深15 m，吸水管長7 m，揚(yáng)程為35 m。同時(shí)考慮灌溉時(shí)間短，利用率較低等因素，選用250QJ80-40/2型潛水泵抽水，裝機(jī)臺數(shù)為2臺。

3.2 噴灌工程設(shè)計(jì)

（1）噴頭的選擇及組合間距的確定

噴灌工程采用全圓噴灑方式，噴頭正方形結(jié)合形式，參數(shù)根據(jù)種植作物選定。支管間距為14 m，噴頭間距14 m，噴頭流量2.0 m3/h。經(jīng)復(fù)核，噴灌強(qiáng)度2.0 mm/h小于壤土允許噴灌強(qiáng)度8 mm/h，霧化指數(shù)在4000～5000范圍內(nèi)，噴灌均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求，所選噴頭可行。第一條支管距干管接頭7 m，第一個(gè)噴頭距干管、支管接頭7 m，以后的噴頭和支管間距均為14 m。每條干管均雙側(cè)布置支管。

（2）灌溉定額

研究區(qū)屬于商洛丘陵淺山區(qū)，按照《陜西行業(yè)用水定額》，本次設(shè)計(jì)茶樹噴灌用水定額為162 m3/畝。根據(jù)種植作物生育規(guī)律、氣候特征和需水分配周期，結(jié)合地方種植經(jīng)驗(yàn)，確定茶樹每年灌水次數(shù)生育周期為4次，設(shè)計(jì)灌水周期為6天。工程區(qū)面積較大，擬采用移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)，地形高程相差不大，且工程區(qū)內(nèi)無相對高點(diǎn)，因此噴灌系統(tǒng)采用加壓系統(tǒng)，干管沿河堤路布置。

（3）噴灌典型設(shè)計(jì)

噴灌典型設(shè)計(jì)取郭埡村茶園灌溉工程片區(qū)3，灌溉面積為13200 m2，水源為3#大口井。為充分利用時(shí)間，每次共同工作的噴頭數(shù)為30個(gè)。為完成全部灌溉，支管的位置數(shù)有142處，每條支管平均噴頭數(shù)664/135=5個(gè)，每條支管70 m，同時(shí)工作的支管為6根。設(shè)計(jì)灌水周期為6天，每天工作16 h，共分為24個(gè)輪灌組。系統(tǒng)流量為16.7 L/s，每條支管最大流量為2.8 L/s，為減小輔管管徑，每個(gè)輪灌組至少采用5條輔管，每條輔管最多開兩條支管，則輔管最大流量為5.6 L/s。

4 紅廟村櫻桃園堰塘微灌方案計(jì)算分析

紅廟村櫻桃園堰塘微灌工程設(shè)計(jì)灌溉面積1497畝，種植農(nóng)作物為櫻桃，灌溉水源為紅廟村桃園堰塘及已有大口井，大口井位于試馬河荷花園取水樞紐上游20 m處，紅廟村桃園堰塘蓄水容積2.5萬m3。本片區(qū)采用微灌形式，設(shè)計(jì)保證率為85%，微灌水利用系數(shù)取0.9。該項(xiàng)目區(qū)分為2個(gè)片區(qū)，片區(qū)1水源為已有大口井，片區(qū)2水源為紅廟村桃園堰塘。

4.1 水源工程設(shè)計(jì)

紅廟村堰塘因建設(shè)年代久遠(yuǎn)，存在滲漏問題，兩岸均為土質(zhì)邊坡，易垮塌，故設(shè)計(jì)改造內(nèi)容主要包括：堰塘邊坡防滲處理120 m，修復(fù)D60漿砌石灌溉渠道800 m，更換鑄鐵閘門（0.6 m×0.8 m）3套。堰塘襯砌之前，先清除堰塘四周、背坡的雜草和表層土及塘底淤泥，堰塘四周和背坡清除厚度為50 cm，并進(jìn)行自然坡，坡度為1∶1.5。堰塘清基及整坡完成后，對四周進(jìn)行夯實(shí)，夯實(shí)完后鋪復(fù)合土工膜（兩布一膜）一層。堰塘四周鋪完土工膜后采用C25混凝土襯砌，墻體與土工膜之間夯實(shí)回填砂墊層。襯砌坡度為約1∶1.5。池底完好。堰塘四周襯砌時(shí)每隔12 m設(shè)一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內(nèi)填筑瀝青泡沫板。項(xiàng)目區(qū)總需水量及最高日、時(shí)需水量計(jì)算見表4。

表4 項(xiàng)目區(qū)需水總量計(jì)算表

4.2 設(shè)計(jì)灌水定額

按照《陜西行業(yè)用水定額》，櫻桃地面灌溉定額采用杏樹及蘋果樹地面凈灌溉定額，中等年為50 m3/畝～90 m3/畝，干旱年為70m3/畝～140m3/畝。本次設(shè)計(jì)櫻桃樹微灌用水定額為132m3/畝。根據(jù)種植作物生育規(guī)律、氣候特征和需水分配周期，依據(jù)地方種植經(jīng)驗(yàn)，確定櫻桃微灌設(shè)計(jì)灌水定額32.6 mm，設(shè)計(jì)灌水周期為9 d，每天運(yùn)行時(shí)間為16 h。

4.3 典型工程設(shè)計(jì)

紅廟村櫻桃園規(guī)劃微灌面積1497畝，種植農(nóng)作物為櫻桃。本片區(qū)采用微灌形式，設(shè)計(jì)保證率為85%，灌溉水利用系數(shù)取0.90。本次設(shè)計(jì)紅廟村櫻桃園灌溉工程分為2個(gè)片區(qū)。片區(qū)1高程在394.0 m～421.0 m之間，該片區(qū)內(nèi)微灌面積770畝。水源為已建大口井。片區(qū)2高程在386.0 m～394.0 m之間，微灌面積727畝。水源為紅廟村桃園堰塘。

研究區(qū)灌溉季節(jié)日平均風(fēng)速1.5 m/s～3.2 m/s，日工作時(shí)數(shù)16 h。選用平口霧化地插噴頭，各級管道按照垂直向布置。布置毛管間距為3.0 m，噴頭間距3.0 m。干管及分管管采用地埋固定管道，均選用PVC-U管，毛管選用φ32PE管道，壓力等級0.4 MPa。干管和分管平直且無分水管道時(shí)每200 m設(shè)置一個(gè)伸縮節(jié)，在三通、彎頭、閘閥等處設(shè)置鎮(zhèn)墩，每條支管首部設(shè)置控制閥和閥門井，在管網(wǎng)最低處設(shè)置排水閥和排水井。計(jì)算得出設(shè)計(jì)灌水周期為9 d。每組工作時(shí)間為8.1 h，設(shè)計(jì)取9 h。每天開啟4組。根據(jù)區(qū)域地形等資料，每個(gè)片區(qū)分36個(gè)輪灌小組。每組灌水時(shí)間為4 h，分9 d灌完。經(jīng)計(jì)算，片區(qū)1微噴灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為117.64 m3/h,取117.9 m3/h；片區(qū)2微噴灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為111.07 m3/h,取111.6 m3/h。

經(jīng)計(jì)算，毛管允許的最多出水口數(shù)量Nm=88個(gè)，則允許最大鋪設(shè)長度為Lm=262 m。由于設(shè)計(jì)毛管允許的最多出水口數(shù)量為20個(gè)，故選取最大鋪設(shè)長度57 m。設(shè)計(jì)分管最小間距3 m，分管極限孔數(shù)為71個(gè)，分管極限長度為105 m，最大分管長度為87 m，在計(jì)算范圍內(nèi)，符合規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，輸水管道選用1.25 MPa、DN200PE管。干管選用0.6 MPa、φ110PVC-U管。輔管選定0.4 MPa、φ90 mmPVC-U管。分管選定0.4 MPa、φ63 mmPVC-U管。毛管選用PE63級DN32PE管，壓力等級0.4 MPa。

5 結(jié)語

商南縣水資源分布不均，為幫助群眾致富，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，圍繞農(nóng)民種植的茶樹、櫻桃等山區(qū)特色農(nóng)業(yè)，實(shí)行高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目建設(shè)。通過對大口井、堰塘為水源的噴灌、微噴灌不同形式的節(jié)水灌溉項(xiàng)目建設(shè)方案進(jìn)行探討，得出茶樹噴灌用水定額為162 m3/畝，灌水周期為6 d。櫻桃樹微灌用水定額為132 m3/畝，灌水周期為9 d。項(xiàng)目建成后，新增（含恢復(fù)）灌溉面積7686畝，受益人口6267人。