康?？h京津風(fēng)沙源節(jié)水工程的設(shè)計與施工

□樊林果

康?？h京津風(fēng)沙源節(jié)水工程的實施可以使當(dāng)?shù)亓植菝娣e達到宜林宜草面積的80%以上，土地利用率達到80%以上，攔沙保土效率超過70%，經(jīng)濟效益增加15%左右。通過節(jié)水工程的建設(shè)，充分利用當(dāng)?shù)氐牡叵滤Y源，改善康?？h項目區(qū)生產(chǎn)生活條件，擴大水澆地面積，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，同時全面建設(shè)節(jié)水工程也能對京津地區(qū)風(fēng)沙源進行全面有效的治理。

1.工程基本情況

1.1 工程概況

康?？h隸屬河北省張家口市，氣候為典型的溫帶大陸性氣候，年平均氣溫僅為1.2°C，年降水量為360mm 左右，全年6 級風(fēng)速以上的風(fēng)日為60 天左右，由于降水量稀少，所以康?？h干旱嚴(yán)重，全縣河流水系以季節(jié)性河流為主?？当？h氣候寒冷，大風(fēng)較多降水量稀少，水資源匱乏，土地荒漠化嚴(yán)重，是京津地區(qū)風(fēng)沙的主要來源。因此，推進普及和發(fā)展節(jié)水工程對康?？h來說是必要而迫切的。

康保縣京津風(fēng)沙源節(jié)水工程的主要項目區(qū)為哈咇嘎鄉(xiāng)義合堂項目區(qū)以及滿德堂鄉(xiāng)秦家營項目區(qū)，兩處項目區(qū)的項目建設(shè)總規(guī)模為：膜下滴灌控制面積1125 畝，其中鋪設(shè)地下管網(wǎng)PVC-U管10730m，地上管網(wǎng)PE 管12040m，內(nèi)嵌式滴灌帶75.9 萬m。

1.2 基本資料

義合堂項目區(qū)土地類型主要以鈣栗土為主，農(nóng)作物主要有莜麥、菜花、西蘭花、青尖椒等，秦家營項目區(qū)屬于栗鈣土，有部分草甸土，耕地均為褐土，農(nóng)作物主要有莜麥、土豆、青尖椒等。

根據(jù)兩個項目區(qū)周邊機井資料分析，當(dāng)?shù)氐叵滤鶟M足開采需要。地下10m～25m 為風(fēng)化巖碎石，含水層巖性弱，基巖裂隙含水層在60m 深度內(nèi)，厚10m～20m，含水和透水性較好，項目區(qū)所用10 眼機井出水量均滿足25t/h。

2.節(jié)水工程設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

增產(chǎn)增收原則?？当？h氣候干旱少雨，農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)種植靠天吃飯是遠遠不夠的，康?？h京津風(fēng)沙源節(jié)水工程建設(shè)能夠最大程度利用水源，使農(nóng)作物得到充分澆灌，最終幫助農(nóng)民實現(xiàn)增產(chǎn)增收目的。

經(jīng)濟性原則。節(jié)水工程的設(shè)計要結(jié)合項目當(dāng)?shù)貙嶋H發(fā)展，根據(jù)兩個村的實際情況，在設(shè)計中進行多種方案對比，在保證實際效果的同時還要做到節(jié)省建設(shè)資金以及后期維護、運行費用。

表1 水土保持工程經(jīng)濟效果表

方便性原則。節(jié)水工程建設(shè)之后的操作和維護都要當(dāng)?shù)卮迕駚磉M行，由于當(dāng)?shù)卮迕褚恢币詠聿捎么笏嗟墓喔确绞?，操作極其簡單但對水資源浪費極大，村民習(xí)慣簡單的操作方式，如果設(shè)計復(fù)雜的節(jié)水灌溉流程，將不方便村民后期對其進行管理以及實際的灌溉操作，故在設(shè)計中要堅持方便性原則。

2.2 設(shè)計參數(shù)

此次節(jié)水工程的設(shè)計結(jié)合兩村實際條件和種植情況，設(shè)計參數(shù)選擇如下：義合堂村和秦家營村3 個地塊日耗水強度Ea=4.0mm/d；土壤濕潤比P=70%；濕潤層深度：30cm；灌溉水利用系數(shù)：η=0.9。

2.3 管道布設(shè)原則

管道布設(shè)首先要考慮兩村主要種植農(nóng)作物為莜麥和土豆，兩種作物在生長過程中灌溉需求不同，要根據(jù)具體地塊建設(shè)合適的輸水干管。其次，管道布設(shè)要結(jié)合地形地貌，做到因地制宜，盡可能縮短管道建設(shè)總長度，盡量規(guī)避地塊附近建筑物等。第三，管道在鋪設(shè)過程中盡量做到平順，減少因塌陷造成的管道扭曲以及可能出現(xiàn)的滲水。最后，由于康?？h年平均氣溫較低，所以為了防止管道冬季凍害，所有輸配干管均采用地埋式。

2.4 灌水器選擇及管網(wǎng)布置

根據(jù)目前國內(nèi)灌水器的種類和水力性能，項目采用滴灌帶，管徑Φ 16mm，工作壓力10m，流量2.0L/h，滴頭間距0.3m。滴灌帶選擇完畢之后，要根據(jù)義合堂村和秦家營村項目地塊地形、水源情況以及農(nóng)作物種植區(qū)域選擇布設(shè)方式，并考慮灌溉均勻度等因素，綜合各種因素選擇最合適的布置形式。根據(jù)對兩個項目3 個地塊的實地考察，最終確定節(jié)水工程管網(wǎng)布置具體的流程：井—管道—泵站—過濾器—施肥罐—干管—分干管—出地豎管—支管—毛管。

2.5 灌水定額及灌水周期設(shè)計

灌水定額主要是根據(jù)項目地具體農(nóng)作物生長的需求為基礎(chǔ)進行設(shè)計的。計算公式為：

式中：

ms—設(shè)計灌水定額(mm)；

h—土壤計劃濕潤層深度，取h=30cm；

γ—土壤容重，g/cm3，取1.4g／cm3；

p—設(shè)計土壤濕潤比，取70%；

β1—土壤適宜含水量上限，取90%；

β2—土壤適宜合水量下限，取60%。栗鈣土田間持水量為重量的17%～30%，取25%。經(jīng)過計算得出滴灌灌水定額為20.29mm。灌溉水利用系數(shù)0.9，則毛灌水定額為22.54mm。

灌水周期計算公式為：

式中：

ms—設(shè)計灌水定額（mm）；

Ea—設(shè)計耗水強度，取值3mm。

經(jīng)計算，T=6.76d，灌水周期取6.5天。一次灌水持續(xù)時間用此等式計算：

式中：

ms—設(shè)計灌水定額(mm);

Sr、St—分別為植物的行距、株距，Sr=0.9m，St=0.3m；

q—灌水器流量，q =2L／h;

經(jīng)計算t=3h。

2.6 輪灌組數(shù)確定

根據(jù)井的出水量以及管道的控制流量確定輪灌組數(shù)。義合堂項目區(qū)地塊共有分干管12 條，每條分干管控制3個給水栓，共有給水栓36 個。每個給水栓控制兩條支管，支管長度50m，根據(jù)不同區(qū)塊，具體考慮支管輔支管以及毛管的管網(wǎng)組成，每條毛管長度75m～100m。根據(jù)給水栓的數(shù)量以及支管和輔助支管的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，最終確定輪灌組為48 組。

2.7 首部樞紐裝置選型及泵型選擇

首部樞紐主要包括過濾器、施肥灌、恒壓變頻裝置。過濾器關(guān)乎輸水質(zhì)量，所以必須根據(jù)水的流向進行安裝，施肥灌要安裝在逆止閥的后面，否則施肥灌將不起作用。此次典型系統(tǒng)水源為井水，因而選擇離心式水沙分離器與篩網(wǎng)過濾器的組合，規(guī)格為4″，施肥系統(tǒng)選用容量為50L 施肥罐，恒壓變頻裝置根據(jù)經(jīng)濟性原則選用國產(chǎn)設(shè)備。為把肥料吸入微灌管道中，施肥罐一般需要7m～14m 的水頭損失，此處首部損失取10m。

水泵泵型的選取主要根據(jù)設(shè)計流量以及揚程。水泵設(shè)計揚程的計算公式為：

式中：

H—設(shè)計揚程（m）;

hd—工作水頭（m）;

hz—管網(wǎng)水頭損失（m）;

ΔZ—動水位埋深（m）。

此次典型地塊原有水泵型號為175QJ-32-104，根據(jù)計算該水泵滿足設(shè)計要求。

3.節(jié)水工程施工

3.1 施工量的確認

康?？h此次節(jié)水工程共發(fā)展膜下滴 灌12040m，鋪 設(shè)PE 管 道12040m，PVC 管道10740m，用內(nèi)嵌式滴灌帶75.9 萬m，排水井14 眼，控制面積1125畝。總工程量9984m3，其中土方開挖4992m3，土方回填4992m3。

3.2 施工工藝和方法

施工工藝和方法是實現(xiàn)節(jié)水工程設(shè)計的關(guān)鍵，一個好的施工能延長節(jié)水工程使用壽命，同時能避免后期出現(xiàn)的一系列問題，從而節(jié)省維護費用。

3.2.1 管溝開挖

根據(jù)當(dāng)?shù)赝临|(zhì)特點，選擇小型挖掘機與人工配合的方式進行作業(yè)，管溝開挖既要滿足工程設(shè)計需要，也要選擇適合時間，盡量避免與農(nóng)作物耕種時期重疊，并且管溝開挖的挖土堆放既要做到方便回填，又要做到少毀壞農(nóng)田莊稼。

3.2.2 材料的檢驗與堆放

管材質(zhì)量好壞直接關(guān)系工程效果，所以在管材進入現(xiàn)場施工前要對管材進行詳細檢驗，管材規(guī)格質(zhì)量等檢驗完畢之后，要對管材進行合適堆放，防止管材變形老化，將相同規(guī)格管材集中堆放，方便后續(xù)工作人員施工，保證施工速度。

3.2.3 管道安裝

管道的安裝程序為準(zhǔn)備—清理—上膠圈—刷潤滑劑—對口插入—檢查。管材安裝前要將型號、工具、安裝材料準(zhǔn)備齊全，并將所有待安裝的管道工作面清理干凈，避免發(fā)生接口處滲水、漏水情況，膠圈注意安裝方向禁止使用油類潤滑劑。最后對安裝過程進行檢查，確保管道安裝完好。

3.2.4 管道試壓

管道安裝后要進行耐水壓實驗，管道經(jīng)過升壓達到試驗壓力之后保持10min 左右，在此過程中觀察管道壓力下降的情況，如果管道壓力下降超過0.05Mpa，則表明管道出現(xiàn)滲漏，隨后進行滲水量實驗。

3.2.5 設(shè)備安裝

管道安裝完畢、試壓合格之后，進行滴管系統(tǒng)以及機電設(shè)備等設(shè)備的安裝，安裝前需對所有設(shè)備和工具進行檢查，安裝時需注意接口的方向以及密封等問題。

3.3 施工注意事項

施工過程中如遇到無法達成設(shè)計方案要求的情況，要及時與項目設(shè)計人員進行溝通，對項目設(shè)計方案進行優(yōu)化。施工過程中要結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)性的特點，選擇農(nóng)閑時節(jié)進行項目建設(shè)施工，最大程度避免因施工對農(nóng)田莊稼的破壞。同時，由于施工現(xiàn)場需要應(yīng)用大量的挖掘機裝載機等大型機械設(shè)備，項目作業(yè)地毗鄰村莊，在施工過程中要做到及時的疏導(dǎo)，避免無關(guān)人員進入施工現(xiàn)場。同時，在水井邊以及挖掘好的基坑管溝附近設(shè)置警示牌，當(dāng)天施工結(jié)束之后拉好警戒線，避免出現(xiàn)人員跌落等意外情況。

4.節(jié)水工程效益

此次康?？h節(jié)水工程的總投資為75 萬元，在建設(shè)之前要對節(jié)水工程產(chǎn)生效益進行充分分析論證。兩村通過滴灌節(jié)水工程的建設(shè)，大大減少了土地的灌溉成本，據(jù)測算，節(jié)水工程的實施，每公頃灌溉用量可降低到165m3，節(jié)水率75%。按作物全育期內(nèi)實施6 次灌溉，每公頃年可節(jié)約用水1500m3，1125畝農(nóng)田年可節(jié)約用水11.3 萬m3，按水0.5 元/m3計算，年節(jié)水效益6 萬元。同時節(jié)水工程的實施，有效促進了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的增產(chǎn)增收，增加了人均收入。

5.結(jié)語

康?？h京津風(fēng)沙源節(jié)水工程的實施，可有效滿足當(dāng)?shù)厝罕姽喔刃枨?，促進當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，同時節(jié)水工程大大減少農(nóng)業(yè)用水?dāng)?shù)量，對地下水形成保護。節(jié)水工程使當(dāng)?shù)夭辉贋楣喔葐栴}發(fā)愁，在農(nóng)作物的選擇上更為廣泛，可以種植經(jīng)濟效益較高的農(nóng)作物，實現(xiàn)土地增產(chǎn)，土地增產(chǎn)一定程度上促進了其他耕地的退耕還林、退耕還草，增加了林草覆蓋率，保持了水土，改善了當(dāng)?shù)貧夂驐l件，大幅減少京津地區(qū)沙塵來源，為京津撐起綠色屏障?！?/p>