南堡子村暗管工程農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)與工程布置

呂鐵路

（興平市水利局，陜西 興平 713100）

0 引言

暗管輸水灌溉技術(shù)在我國(guó)上世紀(jì)90 年代就開(kāi)始試驗(yàn)，取得成功后開(kāi)始重點(diǎn)推廣，目前該低壓管道輸水技術(shù)已經(jīng)列為我國(guó)科技興農(nóng)的重要內(nèi)容。陜西省各地市已經(jīng)完成上億畝節(jié)水農(nóng)業(yè)暗管輸水灌溉示范工程，綜合效益十分顯著。南堡子村位于陜西省興平市東北塬上，向南3 km 處有一條東西走向?qū)氹u峽東三支渠，因距該工程所在地較遠(yuǎn)，加上現(xiàn)在農(nóng)民發(fā)展經(jīng)濟(jì)作物，如桃、葡萄、草莓等急需灌溉水，因而在暗管工程實(shí)施前灌水非常困難，滿足不了農(nóng)作物需水要求，幾乎處于靠天吃飯狀態(tài)，因此決定實(shí)施暗管工程。

1 工程供需水量分析

灌溉用水量采用定額法計(jì)算，用水基準(zhǔn)定額根據(jù)灌溉分區(qū)、作物種植結(jié)構(gòu)、用水保證率、土壤屬性等綜合確定。由于工程區(qū)內(nèi)種植作物主要為桃、葡萄、草莓等需水性作物，工程區(qū)內(nèi)土壤主要為壤土，則根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288-2018），確定不同保證下灌溉用水基準(zhǔn)定額為：P=50%時(shí)為85 m3/667 m2，P=75%時(shí)為130 m3/667 m2。區(qū)域內(nèi)灌溉水利用系數(shù)η 按下式計(jì)算：

式中：ηs為管道水利用系數(shù)，取ηs=0.97；ηf為田間水利用系數(shù)，取ηf=0.91。由此可以求得工程區(qū)內(nèi)灌溉水利用系數(shù)η=0.8827。

根據(jù)種植作物、保證率和土壤性質(zhì)來(lái)確定項(xiàng)目區(qū)農(nóng)田灌溉用水定額。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)種植作物主要是桃子、葡萄和草莓，其中桃子保證率為50%、葡萄和草莓保證率為75%，土壤性質(zhì)為壤土，按以上條件參考陜西省興平市用水定額，確定不同保證率下灌溉用水定額：P=50%為90 m3/667 m2，P=75%為135 m3/667 m2。

（1）凈灌溉需水量

凈灌溉需水量是不包括損失的灌溉需水量，指完全用于作物的水量，采用定額法計(jì)算，公式如下：

式中：Wj為凈灌溉需水量，萬(wàn)m3；A 為灌溉面積，本工程灌溉面積為13.34 萬(wàn)m2，M 為灌溉用水定額（m3/667 m2）。

經(jīng)計(jì)算分析，不同保證率下的凈灌溉需水量為：P=50%為1.8 萬(wàn)m3，P=75%為2.7 萬(wàn)m3。

（2）毛灌溉需水量

毛灌溉需水量是包含損失在內(nèi)的灌溉需水量，即除作物吸收的水量，還包括輸水過(guò)程和灌入田間的損失水量，采用下式計(jì)算：

式中，W 為毛灌溉需水量（萬(wàn)m3），η=0.8827。

通過(guò)上式計(jì)算分析區(qū)不同保證率下的毛灌溉需水量為：P=50%為2.04 萬(wàn)m3，P=75%為3.06 萬(wàn)m3。

2 暗管工程農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)與工程布置

2.1 暗管工程農(nóng)田灌溉設(shè)計(jì)思路

暗管輸水灌溉，管道布設(shè)應(yīng)采用樹(shù)枝狀管網(wǎng)布設(shè)型式，并按輸水主管和配水支管兩級(jí)固定管道級(jí)數(shù)，并根據(jù)南堡子村現(xiàn)有地塊布設(shè)，支管間距初設(shè)為80 m～100 m，管道采用承插涂粘合劑的方法連接，并在臨近管道井口的位置設(shè)置排氣閥門，各級(jí)管道進(jìn)口處設(shè)置安全控制閥，排水井設(shè)置于距離水源地較遠(yuǎn)的管道出水口末端。管道中所使用的三通、彎頭等附件必須與管材相配套，出水口、安全閥等均采用標(biāo)準(zhǔn)鑄鋼定性件。初設(shè)出水樁間距40 m～50 m，并主要根據(jù)灌區(qū)地形進(jìn)行調(diào)整。為防止水泵非正常關(guān)閉或其他故障導(dǎo)致灌溉水在管道內(nèi)倒流，必須在管網(wǎng)系統(tǒng)首部設(shè)止回閥。此外，為防止泵停同時(shí)管道內(nèi)積水倒流所產(chǎn)生的負(fù)壓導(dǎo)致管道變形，還應(yīng)在管道首部最高位置處設(shè)置進(jìn)排氣閥。

2.2 管網(wǎng)布置

暗管工程所在地處于店張向南走向半塬上，地勢(shì)南高北低西高東低，店張街道辦事處東南方向，距辦事處約2 km，交通便利。該工程共埋設(shè)?110 mmPVC-U1800 m，出水口29 個(gè)，建成后可控制灌溉面積13.34 hm2。

其中，南北向布置一道主管，東西向布置支管共4 道，支管間距約100 m，支管上出水口約50 m 留一個(gè)。管材為PVC-U，直徑110 mm，泵下的深度一般大約120 m，出水量50 m3/h。

南堡子村暗管工程按照主、支兩級(jí)設(shè)計(jì)和布設(shè)管網(wǎng)，南北向主管南向末端設(shè)1 個(gè)出水口，4 條支管上分別布設(shè)7 個(gè)出水口；主支管道在地下埋設(shè)，通過(guò)立管使之與地面配水溝壟連接，見(jiàn)圖1。為達(dá)到農(nóng)業(yè)灌溉的要求，必須在大棚外的支管上設(shè)置和安裝出水樁，支管上出水口約50 m 留一個(gè)，通過(guò)出水樁配合水龍帶進(jìn)行棚內(nèi)灌溉。

圖1 南堡子村暗管工程管網(wǎng)布置示意圖

2.3 出水口設(shè)計(jì)

出水口口徑關(guān)系到輸水暗管能否正常運(yùn)行，由于南堡子村暗管工程深井只開(kāi)一個(gè)口，無(wú)形中增大了管路工作壓力，減少了水泵出水量，降低了輸水灌溉效率，存在爆管的潛在威脅。為此，應(yīng)根據(jù)《農(nóng)田排水工程技術(shù)規(guī)范》（SL 4-2013），不同出流流量對(duì)應(yīng)的出水口口徑，擬定和設(shè)計(jì)南堡子村輸水暗管工程出水口口徑，出水口口徑與管道配套即直徑為110 mm。在考慮水泵流量及其與輸水軟管匹配性的基礎(chǔ)上，軟管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度按70 m確定，并在單個(gè)給水栓上同時(shí)布設(shè)數(shù)個(gè)橫向出水口，實(shí)際灌溉過(guò)程中對(duì)于閑置不用的出水口，應(yīng)取下給水栓并封蓋。

南堡子村暗管輸水管道由于輸水距離短，所以不考慮其他因素。在每座大棚進(jìn)口處設(shè)置一個(gè)斷面為20 cm×20 cm、高1.0 m 的出水樁，其地面以上高25 cm，并利用C15 砼將出水栓澆筑固定。在各個(gè)輸水管道末端安裝堵頭，便于定期排沙。

2.4 灌溉制度

2.4.1 灌溉周期

灌溉周期是農(nóng)田灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的參數(shù)。其中灌水定額主要取決于作物在生長(zhǎng)期內(nèi)的耗水量，該耗水量包括作物植物蒸騰作用消耗、土壤表面揮發(fā)、植物組織需求等。不同的作物類型，灌水定額也不相同。項(xiàng)目區(qū)主要作物桃、葡萄和草莓灌溉周期見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)主要作物灌溉周期

表1 中灌水定額利用土壤田間持水量資料計(jì)算，田間持水量是指在項(xiàng)目區(qū)土壤排水良好的情況下，排水后不受重力影響而保持在土壤中的水分含量。

2.4.2 灌溉工程灌溉情況分析

每次開(kāi)一個(gè)出水口，第一個(gè)出水口開(kāi)后再開(kāi)啟電閘，下一個(gè)出水口開(kāi)后關(guān)上一個(gè)出水口，最后一個(gè)出水口待電閘關(guān)后再關(guān)閉。灌溉時(shí)可根據(jù)不同作物與不同地塊其需水狀況靈活掌控，以滿足作物需水要求。

3 結(jié)論

南堡子村暗管輸水灌溉工程于2016 年底投建，2018 年10月建設(shè)完成，于次月投入運(yùn)行。工程運(yùn)行后，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和節(jié)水生態(tài)效益十分顯著，陜西省興平市東北塬農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到改善，農(nóng)業(yè)綜合性生產(chǎn)能力大大提升，農(nóng)業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的條件基本具備。輸水工程的實(shí)施，使得工程投資節(jié)約，避免了灌溉水的蒸發(fā)與漏損，節(jié)地復(fù)耕，縮短了灌溉時(shí)間，區(qū)域內(nèi)農(nóng)田平整肥沃、水利設(shè)施配套、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)，土地利用率和產(chǎn)出率大幅提升。