二道河流域典型工程节水灌溉方案设计

许琳林

(北票市龙潭水库管理处，辽宁 朝阳 122100)

二道河流域典型工程节水灌溉方案设计

许琳林

(北票市龙潭水库管理处，辽宁 朝阳 122100)

基于我国的基本国情，中低产田改造项目对于提高地区粮食产量、保证农民收益、刺激种粮积极性等都具有重大意义。文章以辽宁省大石桥市二道河流域的中低产田改造项目为实例，对大棚滴灌和半固定喷灌两种节水灌溉方案设计进行了分析，为以后类似工程的改造提供必要的技术参考。

大石桥市；二道河；中低产田；改造；节水灌溉

根据《2015年中国国土资源公报》显示，目前我国共有耕地1.35亿hm2，其中超过2/3为质量较差的中低产田。虽然当前我国粮食总产量保持在1.2万亿斤以上，但每年还需要进口超过2400亿斤粮食。面对耕地减少、后备土地资源贫乏、农村劳动力流失等现状，专家表示只有提高中低产田单位产量，才能有效缓解国家粮食安全问题，而大力发展节水灌溉则是重要途径[1]。

1 项目概况

项目区位于辽宁省大石桥市博洛铺镇及汤池镇境内，涉及5个行政村。区内地势较平坦、土壤肥沃，温度适宜，水资源丰富。但由于项目区基础水利设施薄弱，80%以上耕地属中低产旱田区，经济较落后，灌溉形式以传统漫灌为主，水资源浪费严重，且灌溉效果较差。考虑到项目区地理位置优越，与北京市、哈尔滨市、大连市公路相连，交通十分方便。设计在项目区建立以节水灌溉为基础的蔬菜种植工程，以提高区域内中低产田产值。具体改造内容包括：建设节水灌溉田地433.33 hm2，机电井12眼及相关配套设施，预计工程总投资614.45万元。

2 项目区现状

2.1 水资源现状

项目区地势平坦开阔，土壤为黏壤土和砂壤土，土质分布均匀，地下水位埋深在40～60 m。区内水资源比较丰富，根据大石桥市水资源资料，项目区地下水储存量为1100万m3，可利用量600万m3。

2.2 水利工程现状

区内水利设施比较薄弱，仅有7眼水井且出水量不足，远远满足不了灌溉用水需要。项目区内农田以行政村划分，农道较窄，没有排水设施，每逢春耕及秋收季节，满足不了正常翻耙地及运输需要。

3 节水灌溉工程方案设计

根据实际调查，项目区大规模发展蔬菜种植产业及节水灌溉工程条件成熟，结合项目区地理位置、气候特点和多年的种植经验，节水灌溉方式采用滴灌(针对大棚蔬菜)及半固定喷灌(针对露地蔬菜)最为合适。下面以项目区两个典型地块为例分析这两种节水灌溉方案的设计步骤。

3.1 蔬菜大棚滴灌系统方案设计

3.1.1 某地块系统总体规划设计

根据该田块布置形式及种植作物情况，设计每个大棚的控制面积为1300 m2(130 m×10 m)。这样该田块区域可划分为12个小区，每个小区有24个大棚，覆盖耕地37.44万m2。水源井设计布置在地块中心，可降低造价和运行费用。埋管方向尽量与作物耕种方向垂直，便于运行管理。

通过实地调查，区内一眼水源井可提供流量Q为80 m3/h，单井可灌溉面积A可按式(1)计算[2]，得A为40.5万m2，因此一眼水源井便可满足该地块蔬菜大棚灌溉工作。

A=η·Q·t/Ea

(1)

式中：η为喷洒水利用系数，0.95；t为水源井运行时间，16 h；Ea为耗水强度，0.003 m/d。

3.1.2 灌溉参数设计

本项目蔬菜大棚设计土壤湿润比为90%，设计耗水强度为3 mm/d，灌溉水利用系数η为0.95。主要灌溉参数包括灌水定额m、灌溉制度等。

(1)灌水定额m

灌水定额和作物本身直接相关，也决定了灌溉需水量，计算公式见式(2)。经计算，本项目蔬菜大棚灌水定额m为17.76 mm。

m=0.1·r·z·p(Qmax-Qmin)/η

(2)

式中：m为设计灌水定额，mm；r为土壤干容重，1.42 g/cm；z为计划湿润层深度，0.3 m；p为设计土壤湿润比，65%；Qmax、Qmin为适宜土壤含水量上下限，取田间持水率的100%、80%；η为喷洒水利用系数。

(2)灌溉制度

灌溉制度包括灌水周期T和一次灌水延续时间t，计算公式见式(3)、式(4)[3]。本项目选用内镶式滴灌管，具有不易堵塞、整体性好、质轻耐用、适应性强等优点，工作压力为0.1 MPa。经计算，本项目地块蔬菜大棚灌水周期T为6.0 d，一次灌水延续时间t′为1.0 h。

T=(m/Ea)·η

(3)

t′=m·St·Sr/(η·qd)

(4)

式中：St为毛管间距，0.5 m；Sr为灌水器间距，0.3 m；qd为灌水器设计流量，2.8 L/h。

综合以上计算结果，设计该地块轮灌制度为每次灌3个大棚，每天轮灌16次，每天灌2个小区，6 d可灌完全部大棚。

3.1.3 系统管路参数设计

本系统的管路包括干管、支管、毛管三类，其中干管和支管采用UPVC管，毛管为PE管。根据水力计算和现场调研结果，设计干管规格为φ140 mm，支管φ63 mm，毛管φ16 mm，具体布置如图1所示。潜水泵选择200QJ80—88型深井潜水泵，满足流量72 m3/h，扬程超过75 m[4]。

图1 滴灌系统管路布置示意图

3.2 露地蔬菜半固定喷灌系统方案设计

项目区半固定灌溉作物主要有西瓜、豆角、香瓜等，某地块水源井深80 m，单井出水量55 m3/h，土质为砂壤土，灌溉季节多为西南风，平均风速3.3 m/s。

3.2.1 灌溉参数设计

半固定喷灌系统的灌溉参数与大棚滴灌计算公式一致，只是个别因素的取值不同，在此不再重复。经过计算，本项目区半固定喷灌系统灌水定额m为23 mm；灌溉周期T为7.0 d；每个喷头在一个点的工作时间t为2.4 h。

3.2.2 喷头选型设计

喷头参数直接影响半固定灌溉系统效果，主要考虑的性能指标包括喷头压力、流量、射程等。根据项目区春季季风特点及市场中的喷头特性，本项目区设计选用ZY—2型喷头，具体性能参见表1[5]。

表1 ZY—2型喷头性能表

3.2.3 管路设计

该典型地块为434 m×480 m，水源井设计在地块中央，出水量55 m3/h。设计在主管道上每隔24 m设1个出水栓，总计20个支管位置。在支管上，从出水栓到第一个喷头间距为12 m，以后每隔18 m设1个喷头，每个支管上12个喷头。支管规格为φ76 mm铝合金管(6 m/根)；干管为φ100 mm地埋UPVC管[6]，具体布置如图2所示。

图2 半固定喷灌系统管路设计

4 结 语

发展节水灌溉是目前中低产田改造的重点工程，要根据实际情况设计因地制宜的灌溉方案。二道河流域项目区选择大棚滴灌和半固定喷灌相

结合的方式，使改造后的土地每亩可增收150～500元/a，项目区年均增收超过300万元，经济效益显著。工程投入使用后，有效防止了项目区的水土流失，促进了当地农业种植的多元化发展。

[1] 袁寿其，李红，王新坤，等.中国节水灌溉装备发展现状、问题、趋势与建议[J].排灌机械工程学报，2015(1)：28-32.

[2] 李小燕，高甲利.浅谈中低产田改造和节水灌溉技术在蒲峪渠灌区的推广应用[J].价值工程，2012(2)：35-39.

[3] 李明秋，韩桐魁，吕学鹏.中低产田改造的现状分析与政策措施[J].华中农业大学学报(社会科学版)，2010(6)：31-35.

[4] 张琳，张凤荣，姜广辉，等.我国中低产田改造的粮食增产潜力与食物安全保障[J].农业现代化研究，2005(1)：36-41.

[5] 朱铁辉，麻吉亮，钱小平.中国农田治理模式的路径选择——以中低产田改造为例[J].当代经济研究，2012(6)：55-58.

[6] 张佳宝，林先贵，李晖.新一代中低产田治理技术及其在大面积均衡增产中的潜力[J].中国科学院院刊，2011(7)：44-47.

许琳林(1979-)，女，辽宁西丰人，工程师，主要从事农业水利工程研究。E-mail:jlyzsh@163.com。

S274

A

2096-0506(2017)01-0070-03