牛圈子牧场三个泉子村节水灌溉工程设计方案研究与分析

卞建伟

【摘要】牛圈子牧场三个泉子村水利节水灌溉工程采用加压滴灌，有效地利用了项目区灌溉地表水和地下水有机结合，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；加压滴灌方案；应用与分析

1、工程概况

项目所在地牛圈子牧场三个泉子村地处天山北簏，准噶尔盆地南缘，山前冲洪积扇上部，距沙湾县南部约30km、牛圈子牧场以南10km，项目区东至三个泉子村草场，南面和夹槽子村接壤，西至三个泉子村草场，北至克孜勒乔克村草场，属宁家河灌区。

项目区利用现有主要输水渠道，结合主要道路，合理布置滴灌系统，以达到整个系统的最优化。本次项目区灌溉面积201.3hm2，通过加压滴灌项目的实施，项目区灌溉水源得到保证，灌溉保证率提高到90%。可减少项目区地下水开采，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 氣象。项目区位于亚欧大陆腹地，准噶尔盆地南缘，远离海洋，气候干燥，是典型的中温带大陆性干燥气候特征。其气候特点是夏季炎热，冬季严寒，四季分明，降水量较少，蒸发量大，光照充足，热量丰富，无霜期较长，气温日差较大。全年太阳总辐射量135-137kcal/cm2，平均日照时数2800h，日照百分率63%-65%。项目区多年平均气温4.3℃，最高气温25℃，最低气温-20℃。无霜期145d，最大冻土深1.6m。多年平均风速2.0m/s，主风向多为西风和西北风。

2.2 水文。项目区现状水源为宁家河河水，该河流的多年平均径流量0.73亿m3，年内分配不均匀，6-8月径流量占全年的67.6%，经三个泉子主干渠分水，并通过三个泉子主干渠引至项目区，三个泉子主干渠为项目区年可供水量为75万m3。

2.3 工程地质条件。项目区地势比较平缓，基底构造较为复杂，构造轴向与天山主构造线一致，呈近东西向延伸，发育着加里东、华力西、燕山、喜玛拉雅等多回旋构造层。地层为新生界第四系，为不同类型的陆相松散沉积。分布多为砾石层基岩。项目区地层上部为0.5m-1.5m的壤土，下部为200m-450m厚的卵砾石层，承载力大于200Kpa，能满足项目建设建筑物的地基承载要求。

3、工程设计

3.1 工程总体布置。牛圈子牧场三个泉子村水利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。项目区水源主要为地下水，计划实施滴灌工程面积31.40hm2，建设内容为：共修建4套滴灌系统，自项目区引水闸口至田间滴灌管网由干管及分干管输水，闸阀井54座，排水井45座，滴灌系统首部工程中新建沉砂池4座，配备KQW125/160-22/2水泵1台，KQW200/320-37/4（Z）水泵1台，KQW200/345-45/4（Z）水泵1台，10KV输电线路1720m，380V低压线路600m，63KVA变压器4台。

3.2 工程设计

3.2.1 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。

根据土壤质地、作物需水特性及毛管布置方式，毛管选用WDF16/2.1-100单翼迷宫式滴灌带，即额定滴头流量为2.1L/h、滴头间距0.3m，相应的工作水头为10m。

3.2.2 根据滴灌带布置方式、作物种植模式和特点、土质情况等情况，经分析计算。玉米、番茄土壤湿润比分别是75%、65.0%。设计灌水定额玉米和番茄分别为32.63mm和31.42mm；灌水周期T为5.5（d，）一次灌水延续时间t为3（h/组）。

3.2.3 滴灌系统水力计算。本次设计将系统4滴灌系统作为典型工程，详述其设计思路及方法如下。第一，轮灌方式，允许的最大轮灌组数；第二，设计流量推算；第三，灌水小区水力设计。

3.2.4 支管管径的确定与水头损失的确定。支管管径选择计算；支管进口压力经计算为12.56m；出地管及分干管水力计算。

根据前面的计算分干管流量Q分=70m3/h，采用PVC管，取经济流速为1.5m/s，采用经济流速法计算分干管的管径为：d=18.8

选用d=160mm（内径152.6mm）和d=200mm（内径190.8mm）的PVC管。

3.2.5 干管设计。干管管径的选择；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；设计水头计算

经过一区滴灌系统节点压力均衡验算。采用经济流速法计算干管的管径为d=200mm（内径190.8mm）的PVC管。

3.2.6 水锤压力验算与防护。计入水锤后的管道工作压力水头为43.22m，比系统的0.4MPa管道允许压力水头的1.5倍（40×1.5=60m）略小，可无须进行管道水锤防护措施；直接水锤的压力水头增加值ΔH。

3.2.7 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。

3.2.8 设计基本参数技术指标。土壤类型：砂壤土，土壤容重：r=1.45（g/cm3）；田间灌溉水利用系数：η=0.90；作物日耗水强度：E=5.8（mm/d）；田间土壤持水率25%；作物设计湿润深度：h=50（cm）；有效降雨强度：P0=0（mm/d）；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，适宜种植作物为玉米和番茄，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，也适于作物的种植。

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。采用加压滴管，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。若采用沉淀池二次加压滴灌，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。