锡伯图灌区牧区水利节水灌溉工程设计方案研究与分析

陈晓翠

【摘 要】锡伯图灌区牧区水利节水灌溉工程采用加压滴管，有效地利用了项目区灌溉水源井灌区原有的机井，既降低了工程造价，又使工程在短期内发挥效益。

【关键词】节水灌溉；加压滴管方案；应用与分析

1.工程概况

锡伯图灌区主要由恰夏乡、恰合吉牧场、兵团3个用水单位组成，共有23个行政村。锡伯图灌区恰夏乡项目区官店村位于乡政府驻地南部7km处，处于塔额公路南侧，地势平坦，海拔630—600m左右。

项目区输水工程节水技术现状主要采用渠道防渗措施，田间灌溉方式主要以大水淹灌为主。本次项目区灌溉面积3000亩。通过加压滴灌项目的实施，可减少项目区地下水开采44.96×104m3，使项目区地下水水位有所回升。对灌区发展畜牧业有得天独厚的有利条件。

2.基本资料

2.1气象

项目区多年平均气温5.4℃，最高气温38.4℃，最低气温-34.5℃。无霜期137天，年平均降水量336mm，蒸发量1599mm，≥10积温2208℃，最大冻土深1.46米。多年平均风速1.9m/s，主风向多为西风。

2.2水文

项目区位于锡伯图灌区，地处锡伯图河下游，地表水资源较丰富，地表水资源量可利用量为4107.78×104m3。锡伯图河发源于额敏河北面的塔尔巴哈台山东段南坡，该河流自东北流向西南，最终在额敏河中、下游汇入额敏河，其P=75%径流量为5196×104m3。

2.3工程地质条件

拟建工程地处冲积扇的下部，地势比较平缓。

地层岩性：自上而下分为低液限粉土层。低液限粉土层：厚度0.8～1.8m，厚度变化大，结构稍松，颗粒间可见孔隙。建筑区地下水属于孔隙潜水，地下潜水位埋深8m，水质良好，不存在地下水对建筑物的影响。

地质构造：北部为古老褶皱断块构成塔尔巴哈台山山系，低山区则是由新生代构成的山前雁行排列的褶皱和断裂，往南则是长期下降的接受沉积的盆地；工程区无区域性大断裂通过，区域构造稳定性好。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），工程区地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度VI度。

3.工程设计

3.1工程总体布置

锡伯图灌区牧区节水灌溉工程设计本着实事求是、科学研究、多方论证，尽可能因地制宜地采用先进节水技术和经济耐用的建筑材料，尽量做到理论上可行、经济上节约。

由于项目区条田、道路已成形，设计时充分考虑原有布置。项目区水源为地下水，计划实施滴灌工程面积3000亩，主要种植打瓜。建设内容为：首部5座，新建地埋PVC-U输水管道14.9Km，铺设滴灌带195×104m，闸阀井35座。考虑到按照现有地块、条田、道路及机电井位置情况，布置5个独立的灌溉系统，灌溉面积相同，每一区均有独立的供水水源井。

3.2工程设计

（1）灌水器的选择和布设

根据作物种类、种植方式、土壤类型、当地风速、降雨以及新选用的灌水器类型，结合工程施工、管理、对农田作物的影响及经济因素等，确定滴灌工程中滴头和毛管的布置方式。

项目区种植作物为打瓜，打瓜的种植模式为窄行距为30cm，宽行距为70cm，株距为20cm，毛管一管两行布置。考虑种植作物的倒茬，玉米的种植模式为行距为50cm，株距为15cm，毛管一管四行布置。原有的管道均可利用，只需更换地面毛管就可灌溉。

结合砂壤土特性和种植株行距，滴灌带滴水口间距0.3m，设计工作水头为10m情况下额定流量为1.8L/h、管径为16mm的单翼迷宫式滴灌带。滴灌带铺设间距为1.0m，沿种植方向铺设。

（2）经分析计算：湿润比P为50%；设计灌水定额m为25.17（mm）；灌水周期T为3.91（d）取4天；一次灌水延续时间t为4.2（h/组）

（3）滴灌系统水力计算

全灌区5个滴灌系统的管路布置及设计方法均相同，本次设计将一区滴灌系统作为典型工程，详述其设计思路及方法。

a轮灌方式

允许的最大轮灌组数：

N轮灌组≤Nmax=INT[CT/t] =21×4/4.2=20（组），根据实际情况取20个轮灌组，等于最大轮灌组数，满足设计要求。本工程轮灌组编组方式采用每次开启两条分干管上的1条支管，本系统共4条分干管、40条支管，共划分为20个轮灌组。

b设计流量推算

一区滴灌系统

①毛管流量的确定

该系统毛管长度为75m，滴头设计流量为qd=1.8L/h，滴头间距为0.3m，因此毛管流量为450（L/h） 。

②支管流量的确定

1条支管长度为65m，毛管间距为1m，带65对毛管[INT（65/1）=65]；其流量为58500（L/h）=58.5m3/h。

c灌水小区水力设计

① 灌水小区设计允许水头偏差[△h]为4.1

②灌水小区允许水头偏差在毛管上的分配

因为灌水小区布置和毛管规格型号选择已确定，毛管的水头损失为1.27m，支管的允许水头损失为2.83 m。

通过毛管极限孔数和极限长度计算，以上分配毛管的水头损失偏小，经过多次试算将毛管允许水头损失调整为1.7m，既符合毛管极限长度要求，又使支管有较大的允许水头损失，故将允许水头损失确定为：，。

③ 毛管极限孔数和极限长度

本工程沿毛管铺设方向坡降为2‰，按平坡设计。毛管极限孔数N为279个；毛管极限长度为75m；毛管进口工作压力为10.92m。

（4）支管管径的确定与水头损失的确定

a支管管径选择计算

每条支管双向控制65对毛管，每条毛管流量为450（L/h），每条支管长65m，间距150m。毛管间距、支管允许水头差都已确定，支管为多孔管，孔数为65，大于3，经计算支管最小管径为80.48（mm），取de90PVC-U管（0.4MPa），其内径为84.6mm。

b支管进口压力经计算为12.56m。

（5）干管设计

a干管管径的选择

通过节点设20条支管；两条分干管：1分干管、2分干管，长度均为675m；一条主干管，主干管垂直于分干管，长度为130m。干管管径的选择，以系统运行费与投资费用之和最小来判定，并根据承受压力确定各管段的管径。

b节点压力均衡验算

通过各节点压力推算，将管径作适当调节。

c设计水头计算

经过一区滴灌系统节点压力均衡验算，调节部分管段管径后确定的主管道进口水头应取H0=37.74m。

（6）水锤压力验算与防护

a验算原则

按照《微灌工程技术规范》要求，微灌专用聚乙烯管（PE塑管）可不进行水锤压力验算。

b直接水锤的压力水头增加值ΔH

（7）其它配套设备

水源为井水，水质良好适于农田灌溉，所含杂质较少，首部选用一组“离心+网式”过滤器即可，其型号选择应根据其过流量（系统的设计流量）确定。首部设置施肥罐、压力表、阀门等。

（8）设计基本参数技术指标

a.土壤类型：砂壤土，土壤容重：r=1.45（g/cm3）；

b.田间灌溉水利用系数：η=0.90；

c.作物日耗水强度：E=5.8（mm/d）；

d.田间土壤持水率25%；

e.作物设计湿润深度：h=50（cm）；

f.有效降雨强度：P0=0（mm/d）；

g.灌水均匀系数选用95%。

4.工程方案分析

4.1所选加压滴灌既节水，又提高作物产量

项目区地势平坦，北高南低，种植作物为打瓜，传统地面灌溉灌水不均匀，水的利用率低。即使采用低压管道灌溉，只解决了渠道输水损失，田间灌水不均匀问题仍无法解决。由于灌区原有机井，具有加压条件，修建加压滴灌比较合理，既节水，又提高作物产量，也适于打瓜的种植，经分析计算采用滴灌方式灌溉，每亩约可节省水量149.84m3，在投资方面，加压滴灌约636.70元/亩，滴灌的投资较低。

4.2充分采用加压滴灌，加快了施工进度

采取直接抽取井水加压滴灌即直接换泵，管道施工不影响灌溉，施工方便、此方案加快了施工进度。

4.3采用加压滴灌，减少工程投资

直接抽取井水加压滴灌方案：投资相对较小，年运行费用少，建设期不影响生产灌溉，工期较短。若利用沉淀池二次加压滴灌方案：投资相对较大，年运行费用大，建设期影响生产灌溉，工期较长。

参考文献：

[1]《节水灌溉技术规范》SL207—98.

[2]《节水灌溉工程实用手册》SL236-1999.

[3]《塔城市锡伯图灌区牧区节水灌溉示范项目实施方案》.