大面积扬水灌区工程设计体会

杨 龙

（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院 新疆伊宁市 835000）

1 工程总体布置

察布查尔县扬水灌区东西长约 50km，南北宽约9km，海拔800～1020m，地形高差200m，总面积56.12万亩，净灌溉面积45.96万亩。该扬水灌区是当前全疆乃至全国新建的较大的扬水灌区，灌区内以较大的洪水沟道为界，结合地形、土质情况和经济比较，将其划分为3个相对独立的分灌区，自东向西依次命名为1号、2号和3号灌区。各灌区从南岸干渠已建成的分水口取水，通过四级扬水泵站、干管和配套的支渠输水，灌区设有泵站12座，干管3条，支渠22条。

设计采用3座扬水站的建设方案，每个分灌区控制灌溉面积 12.85～18.78万亩。灌区扬程200m，分为 4级扬水，每级扬程 50m。各扬水站经其泵站扬水、压力管道输水，然后通过各级泵站出水池后连接支渠向左右方向分水，支渠基本垂直总干管，为混凝土预制板衬砌防渗明渠；灌区内的管道从支渠中引水，再通过加压或自压将所引水量输送到田间，田间均采用喷灌、滴灌和低压管道灌溉等节水灌溉方式。

2 泵站分级方案选择

根据整个提水灌溉工程动力装机功率最小的原则确定各级泵站的提水高度和站址。1号2号和3号灌区扬水高差基本一致，扬水线路分别长7930m、6621m和7632m，地形高差均为200m。灌区地形沿扬水线路坡度在1/33～1/40之间，坡度变化大致均匀。扬水线路中各级泵站，除1号灌区一级泵站外，其他站址地基均为第四系砂卵砾石，全线均可布置泵站。设计中考虑统一开发管理，各级泵站可统一使用少数几种相同泵型，方便各级泵站配品配件购置，便于运行人员培训，简便维护管理。泵站分级方案先按几何扬程相等分级，确定分级后，进一步论证各级的扬程。

设计中我们选用等扬程布置，同时把每个灌区分为3级、4级、5级扬水进行分级方案布置比选，估算各方案的工程投资。投资包括前池、泵房、机电设备、干管、支渠和田间等灌区工程投资，同时计算各方案的提水装机功率和年耗电量，估算年运行费。

各级扬水方案工程经过技术经济比较表明，灌区扬水分级越多，提水装机功率和年耗电量越小，前池、泵房、支渠和田间工程投资越大，运行管理人员越多。灌区扬水分级越少，提水装机功率和年耗电量越大，前池、泵房、支渠和田间工程投资越小，运行管理人员越少。综合考虑输水干管的水力过渡、泵站运行管理、配泵和管道选配等因素，确定选择四级扬水方案比较合适，每级高差50m，这也充分体现高水高用、低水低用的原则。

3 田间灌溉系统的设计

3.1 田间管道灌溉系统方案比较

3.1.1 方案一：支渠控制范围内布置田间管道灌溉系统方案

骨干工程布置4级扬水泵站，每级扬水站的落差为50m，各支渠控制范围布置田间管道灌溉系统，支渠从每级扬水站的前池引水，即每级支渠间的高程为 50m，支渠为东西向布置。在喷、滴灌水压不能满足的地方，采取在支渠旁修建加压泵站扬水灌溉，在喷、滴灌水压可以满足的地方，通过输水管道积聚水头压力，施行加压灌溉。根据设计，一般喷、滴灌的总水头压力控制在25～50m范围内，在以上布置方案中全灌区50.35%的土地可实现自压灌溉，49.65%的土地可通过斗口加压泵站实现加压灌溉。

3.1.2 方案二：跨支渠布置田间管道灌溉系统方案

为扩大自压灌溉面积，减少田间加压泵站的数量及管理难度。可采取田间管道灌溉系统跨支渠进行灌溉的方案，即用上级支渠控制的自压灌溉的管道，跨过下条支渠来灌溉下级支渠上需要灌溉的灌区。此种布置方案，全灌区 82.21%的土地可实现自压灌溉，17.79%的土地仍需通过斗口加压泵站实现加压灌溉。

3.1.3 方案比选

若采用上级支渠灌溉下级支渠控制不到的灌区，则需要把该灌溉流量通过扬水站提高一个级别以上，造成各级泵站装机功率，输水干管输水流量，田间加压泵站数量和年用电量等主要设计指标增大，势必造成大的能量损耗，而在支渠旁修建加压泵站扬水灌溉，扬程很低，同时可使各级泵站装机功率、输水干管的输水量、田间加压泵站数量和年用电量等主要设计指标减少，可节省能量。

3.2 灌溉方式的选择

本灌区南高北低、东高西低，南北向坡降2～4%，土壤以壤土为主，土层较薄，一般在100～20cm，含砾石较多，如灌溉不当，易造成冲刷，因此应选用用水量少，不宜形成冲刷的灌溉模式。根据新疆先进节水灌区的调查并结合本地区的实际情况，从目前新疆发展比较成熟的几种节水灌溉模式来看，喷灌、滴灌、低压管道灌较适合于项目区，特别是自压喷灌和自压滴灌，可以利用有利地形发展高新节水灌溉，节省动力费用，更具有发展前途。从项目区今后种植的主要作物来看，喷灌、低压管道灌适合于小麦和牧草作物的灌溉，滴灌可适应玉米、甜菜和棉花等作物的灌溉。

根据以上分析，结合本地作物的种植业结构，灌区选择的灌溉模式以加压喷灌和自压喷灌为主，确定自压喷灌占总面积23.70%，加压喷灌占总面积 31.76%，自压滴灌占总面积16.30%，加压滴灌占总面积 20%，低压管道灌溉占总面积8.24%。

由于本次设计的扬水站每级扬水高程均在50m左右，因此可采用的喷、滴灌压力范围一般都在低压区和中压区，在水头压力较小的地方采用加压的低压喷灌和滴灌，在水头压力较大的中压区采用自压的中压喷灌和滴灌，灌区内的部分支渠一般为垫方渠道，在靠近支渠地方均有一定的水头压力，可采用低压管道来进行灌溉。根据目前国内外较成熟的经验，结合本地区的实际，选择半固定式低压喷灌和中压喷灌及中心支轴指针式低压喷灌和中压喷灌较合适。

3.3 固定式喷灌设计

固定式喷灌采用中心支轴式喷灌机，目前这种喷灌机在本灌区得到了成功的应用，积累了丰富的经验。全固定式喷灌系统的主要优点是设备利用率高，运行管理简单，运行人员很少；主要缺点是设备一次性投资相对较大。一般灌溉面积为400～1000亩，目前正在运行的指针式喷灌机最大控制面积已达900亩，该喷灌机适合地形起伏较大的灌区。

我们选用的中心支轴式喷灌机采用微喷的形式进行灌溉，喷灌机的入口压力达到 28m水头即可满足要求，喷头倒装在下垂管，这样可减少漂移和蒸发损失，喷头为低压散射喷头，要求工作压力很低，能耗也很低。农田为方形布置，约有 21.46%的面积灌不到，在灌不到的区域，可采用低压管道灌溉来填补，这样可保证整个灌区都能得到充分灌溉。

中心支轴式喷灌机适宜谷物、豆类、经济作物和牧草。该机自动化灌溉系统具有高效、节能、节水、增产、省工等特点。配套动力可用电网或柴油发电机组。其电器控制系统安全可靠，过雨量保护、自动导向系统、地头自动停机系统和故障自动报警系统也较成功。喷洒部件可配微喷和摇臂式喷头与喷枪。喷洒均匀系数可达85%以上，并能喷洒化肥和农药，该系统可在起伏地面工作，爬坡能力可达到25%。所有关键部件均经过热浸镀锌处理，可保证15年不锈蚀。

3.4 半固定式喷灌设计

半固定式喷灌系统在新疆已应用了20余年，也是目前全疆应用最广的一种喷灌型式，积累了丰富的生产实践经验。此种型式喷灌的主要优点是投资较低，设备利用率高，运行管理简单；主要缺点是需人工拆装、搬移地面支管，劳动强度较大、劳动条件较差。

灌区南北向平均地形坡度为2%左右，输水干管接加压泵站（加压灌溉系统）或接蓄水池（自压灌溉系统），地埋支管垂直于等高线布置，沿程设出地栓。由于自压系统地埋支管的入口已由干管累积了 25m左右的水头压力，与低压喷头的设计工作压力相匹配，从而使整个喷灌面积内的喷头工作压力也趋于一致。

在干管的首部设置总闸阀，控制每个独立灌区的灌溉，在干管沿线设置闸阀控制支管供水，另外在每条支管的起点设置供水阀，控制支管的供水；为保证管道正常运行，在每个阀门井中都设置进、排气阀，避免管道产生负压。在地埋支管上设置出地竖管和给水栓，向喷灌机供水。出地竖管为钢管，一般设计管径为Φ 75，每条竖管长 1.6m。采用喷灌机相间交替开启，以满足轮灌的需求。在首部系统设置沉砂池、前池、加压泵、压力表、进排气阀等设备，确保喷灌系统正常高效的运行。

3.5 滴灌设计

滴灌是目前最先进的灌水技术之一，其主要优点是灌水均匀、控制性好，节水效益显著，不受风的影响，对土壤和地形适应性好，施肥方便，可实现全自动控制，具有明显的省水、省肥、省工的特点，同时滴灌所需水头只要4米即可，这对于扬水灌区来说可以大大节省运行费用。其缺点，一是对水质要求高，过滤系统投资大；二是可能影响作物根系的发育；三是投资相对较高。由于滴灌的工作压力较低，故滴灌系统分干管出地管接支管处应设闸阀和压力表，用闸阀的开启度来调节支管入口压力；根据本灌区总体设计，可将入口压力控制在17.78m左右即可，管网分为总干管、干管、分干管、支管和滴灌带五级，其中总干管、干管、分干管均地埋。支管由该系统分干管经出地管上引出，垂直于分干管，毛管垂直于支管布置，一个条田660m×300m的范围内等距布置一条分干管，每条分干管上布置 24条支管，另外条田两边和条田与条田间的林带应采用灌溉间歇期余水灌溉，南北向的林带由支管末端引水灌溉，东西向的林带采用灌溉间歇期从排水井接软管灌溉。

目前该工程设计已通过有关部门的审查，并得到专家的好评，该工程的建设必将为当地的工农业生产和农牧民脱贫致富奔小康打下坚实的基础。