高標準灌區(qū)節(jié)水工程方案比選

何 毅

(阿克蘇塔河源勘測設(shè)計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000)

1 項目概況

新疆第一師九高標準農(nóng)田建設(shè)項目區(qū)位于第一師九團東部的九連、十連，距九團綠源社區(qū)約13 km、九團團部約12 km。項目區(qū)范圍東至新玉阿公路，西接九團十四連，北臨九團十八連，南臨阿拉爾市工業(yè)園區(qū)。項目區(qū)屬于平原地貌，總面積為2567.67 hm2，建設(shè)規(guī)模為2102.70 hm2，建成高標準農(nóng)田面積2097.31 hm2，項目區(qū)耕地面積為2097.31 hm2，建成高效節(jié)水面積為2097.31 hm2。

2 高標準灌區(qū)節(jié)水方案比選

2.1 高效節(jié)水技術(shù)模式的確定

根據(jù)本項目水源類型及作物種植特點，并考慮到當(dāng)?shù)貧夂蚋珊?，蒸發(fā)量大，土壤以及風(fēng)力因素等，未將微噴灌作為節(jié)水技術(shù)選擇對象。本項目種植作物主要為棉花，根據(jù)以往各團場建設(shè)高效節(jié)水灌溉的情況，及作物種植結(jié)構(gòu)等情況確定適合項目團場的高效節(jié)水技模式，本項目棉花種植采用滴灌的灌溉方式。結(jié)合項目區(qū)水源、地形地貌、農(nóng)業(yè)灌溉管理現(xiàn)狀等因素，本項目高效節(jié)水灌溉工程的模式為：農(nóng)業(yè)加壓滴灌+農(nóng)業(yè)節(jié)水措施+節(jié)水管理技術(shù)[1-3]。

2.2 灌水器比選

目前可供灌區(qū)選擇的滴灌帶主要有兩種類型：一年一用的單翼迷宮式滴灌帶,二至三年一用的內(nèi)鑲式滴灌帶(管)。

2.2.1 一年一用的單翼迷宮式滴灌帶

一年一用的單翼迷宮式滴灌帶，其特點是價格低廉，一次性使用，單根為滿足均勻度要求鋪設(shè)長度較短，致使支管增加。

2.2.2 二至三年一用的內(nèi)鑲式滴灌帶(管)

二至三年一用的內(nèi)鑲式滴灌帶(管)，其特點是使用壽命長，性能穩(wěn)定，鋪設(shè)長度較前者長，但價格較高，需進行回收管理，回收管理較頻繁，且如管理不當(dāng)，會因鼠咬破壞造成損失，或來年使用時局部有扭曲劃傷現(xiàn)象，造成水流不暢或漏水影響,灌溉質(zhì)量[4-8]。

2.2.3 灌水器選取

根據(jù)《塑料節(jié)水灌溉器材 第3部分：內(nèi)鑲式滴灌管及滴灌帶》(GB/T 19812.3—2017)第6.3.3和6.4.2條文的要求，滴灌帶滴水孔間距偏差率應(yīng)在±5%的范圍內(nèi)，并應(yīng)選取流量的變異系數(shù)≤7%的產(chǎn)品。根據(jù)目前滴灌灌水器的種類，結(jié)合作物種植結(jié)構(gòu)、土壤質(zhì)地，同時考慮鋪設(shè)、回收等施工使用方便的要求，同時根據(jù)項目區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平及管理水平，綜合考慮各種滴灌帶價格、使用年限、質(zhì)量、管理條件等多方面因素，本項目棉花選用WDF16/1.8-100型號的滴灌帶，均為一年一用單翼迷宮式滴管帶。滴灌帶參數(shù)見表1。

表1 滴灌帶參數(shù)

2.3 過濾器選擇

依據(jù)《兵團南疆大中型灌區(qū)20萬hm2田間高效節(jié)水項目建設(shè)標準》中過濾器應(yīng)根據(jù)灌溉水源含雜質(zhì)的情況及灌水器對水質(zhì)的要求合理選擇，過濾器沖洗方式應(yīng)為自動反沖洗；地表水為水源且水中懸浮雜質(zhì)濃度較大時，宜采用泵前過濾器或其他型式的初級過濾設(shè)施，過濾器額定流量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)情況不小于系統(tǒng)設(shè)計流量的1.2～1.5倍。現(xiàn)階段過濾器一般使用自動反沖洗過濾器和前置過濾器兩種，下面對兩種過濾器進行對比。

2.3.1 方案一：前置過濾器

前置過濾器的組成：前置過濾器放置于泵前清水池中，由濾網(wǎng)、高壓水接口、收污筒、浮筒、浮筒抱箍、減速機(帶電機)、皮帶張力調(diào)節(jié)螺栓和出水口組成。其工作原理為：當(dāng)微濾機置于水中時，由浮筒產(chǎn)生浮力使微濾機浮于水面，此時柱體形濾網(wǎng)的大部分浸泡于水中，水會通過濾網(wǎng)進入到柱體形濾網(wǎng)內(nèi)，從而對水進行過濾，出水口用軟管連接到水泵上，當(dāng)水泵運行時會把濾網(wǎng)里面經(jīng)過過濾的水抽走，原水由自壓下又會透過濾網(wǎng)進入到濾網(wǎng)圓柱體里面，從而進行循環(huán)過濾。前置過濾器結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 前置過濾器

前置過濾器的優(yōu)點：水先經(jīng)前置過濾器過濾后進入水泵，水上漂的過濾和自清洗在沉砂池內(nèi)完成，加上配套回收分離罐實現(xiàn)對浮游生物和反洗水的分離，減少水資源和肥料的浪費；進入水泵的水是經(jīng)過過濾的，可有效地保證水泵不被堵塞，從而延長水泵及電機的使用壽命；水上漂微慮機在水泵前即對水泵進行過濾，水泵出水壓損低、流量恒定，壓力波動小，也完全不用考慮傳統(tǒng)過濾器低壓狀態(tài)下無法正常反洗的問題。缺點：由于前置過濾器放置于清水池中，對清水池有一定的尺寸要求，較自動反沖洗過濾器可能略大；對于富含泥沙水質(zhì)、藻類、水草，季節(jié)性的柳絮楊絮等水上漂浮物過濾效果反響不一，一師一、二、三團試驗反映，過濾效果不夠理想；前置過濾器放置于清水池中，冬季需拆除清洗，增加運行和管理的難度；前置過濾器目前在一師使用較少，群眾接受程度不高，但在北疆部分地區(qū)反響良好，可能存在地域性差別。

2.3.2 方案二：自動反沖洗過濾器

自動反沖洗過濾器的組成：由筒體、不銹鋼濾網(wǎng)、傳動裝置等構(gòu)件組成，具體見圖2。

圖2 自動反沖洗過濾器

自動反沖洗過濾器的優(yōu)點：自動反沖洗結(jié)構(gòu)簡單、反沖洗時間短，流量和壓力損失較小，自動反沖洗過濾器采用智能化控制，自動化程度較高，過濾精度較高，操作管理簡單，不斷流等優(yōu)點。缺點：水源水未過濾直接進入水泵后再進入自動反沖洗過濾器過濾，水中雜質(zhì)、泥沙、懸浮物等對水泵造成損害，建少了水泵運行壽命；由于電機、傳動軸故障等故障過濾柱隔板內(nèi)雜質(zhì)易淤積。

2.3.3 過濾器選取

近年來泵前過濾器正在推廣，經(jīng)過2016年塔里木灌區(qū)田間高效節(jié)水的使用，發(fā)現(xiàn)以下問題，現(xiàn)在已建工程是采用泵前過濾器和泵后自動反沖洗過濾器同時使用，無法單獨對泵前過濾器的使用性能進行評價，從目前使用情況來看泵前過濾器價格較貴需要冬季進行拆卸保護和春季進行安裝，體積較大操作十分不便，需要較大尺寸的清水池且設(shè)備暴露在外存在抗老化、防盜、防破壞以及使用年限的問題，加之在使用過程中來水經(jīng)過排渠沉淀后水質(zhì)較清，泵前過濾器運行時反而將清水池內(nèi)的水?dāng)嚋営绊戇^濾效果；反觀本地多年使用的自動反沖洗過濾器放在室內(nèi)固定安裝，解決了以上很多問題，考慮到泵前過濾器和目前使用自動反沖洗過濾器均為網(wǎng)式過濾器，以及建設(shè)項目投資因素本項目，故此次滴灌采用自動反沖洗過濾器。

2.4 管材選擇

目前滴灌上常用的管材有PVC-M、PVC-U、PE管三種，三種管材的性能如表2所列，不同尺寸大小管材相應(yīng)價格如表3所列。

表2 管材性能

表3 管材價格

PE管韌性較好由于管材價格較高滴灌上很少使用，多用在給水管道上；PVC-M通過改性繼承了PVC-U及PE管的剛性和韌性，壁厚較小管材價格略低于PVC-U管材價格，管道工作壓力0.63 MPa 較適合噴滴灌結(jié)合的系統(tǒng)。通過對以上三種管材的分析，設(shè)計從這三種管材的力學(xué)性能、物理性能、管材價格等多種性能進行比較，并根據(jù)本灌區(qū)給水管材使用的實踐經(jīng)驗以及工程投資等方面的綜合考慮，本區(qū)地勢較為平坦，氣候炎熱，作物多為棉花、果樹，滴灌系統(tǒng)比較適用，設(shè)計上水泵揚程一般為32～44 m，0.4 MPa管道完全能夠滿足要求，且一師此次建設(shè)面積較大，考慮到水泵揚程、施工工期較短以及市場管材供應(yīng)能力以及以往建設(shè)情況，本次滴灌地埋管道均采用PVC-U硬聚氯乙烯管。

3 結(jié) 語

(1)新疆一師九團高標準灌區(qū)建設(shè)，從可持續(xù)利用和可持續(xù)發(fā)展的角度改善土地利用條件，提高土地利用率和土地質(zhì)量，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，使社會經(jīng)濟發(fā)展與土地資源的承載能力相協(xié)調(diào)，促進土地資源可持續(xù)利用。

(2)高標準灌區(qū)建設(shè)綜合考慮土地開發(fā)整理的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益項目以現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)，完善、提升項目區(qū)的水利灌溉及田間道路等基礎(chǔ)設(shè)施。項目的實施，能調(diào)整項目所在地的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進經(jīng)濟發(fā)展；整理后區(qū)域內(nèi)形成完善的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，形成高質(zhì)量的農(nóng)田，使土地資源得以持續(xù)利用；工程設(shè)施防止水土流失，改善區(qū)域性的生態(tài)環(huán)境，使社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益達到統(tǒng)一。

(3)項目規(guī)劃涉及農(nóng)、林、牧、水、電等各業(yè)，涉及當(dāng)?shù)芈毠さ那猩砝?，在政府決策的基礎(chǔ)上，應(yīng)廣泛征求項目區(qū)群眾意見，獲取廣大群眾的支持，為項目順利實施奠定基礎(chǔ)，公眾參與項目規(guī)劃的方案編制，有利于及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并有利于規(guī)劃的實施。