商南县山区特色农业高效节水灌溉方案计算分析

胡 辉

（商南县十里坪镇农业综合服务站，陕西 商南 726306）

1 概况

陕西省商南县是一块结构复杂，以低山、丘陵为主体的山区，平均海拔896.3 m。境内地势西南部和北部较高，东南部和中部较低，千米以下的低山、丘陵占总面积的77%。为亚热带半湿润气候，多年平均降雨量为840 mm，降雨量年际变化大，年内分配不均匀。区内有试马河、捉马沟以及堰塘和大口井。为促进山区特色农业经济发展，规划在试马镇郭垭村、李家沟、大坪村建设茶园，红庙村建设樱桃园，为了确保经济作物产量，需配套建设农田水利项目，需对灌溉用水和节水方案进行计算分析。

2 研究区水源工程及特色农业

2.1 研究区水源

研究区现有引水枢纽6座，涝池1座、堰塘1座、大口井8个，水利设施为上世纪七八十年代修建。水资源丰富，降水相对丰沛，但由于降水在年际、年内分配极不均匀，干旱时有发生，农业生产抵御干旱的能力低下。水源工程常年失修，原水源工程破坏严重，无法发挥其应有作用，可靠性无法保证。渠系工程不健全、不完善，干渠渠道衬砌率低，渠道坍塌、渗漏、淤积等问题严重，无田间灌溉渠道，导致渠系不能发挥作用。现有水利设施灌溉保证率低，建设标准低，抵御干旱灾害的能力低下，严重制约了农业生产的发展。

2.2 特色农业

商南县山区特色农业高效节水项目主要包括郭垭村茶园灌溉工程、李家沟茶园灌溉工程、红庙村樱桃园堰塘改造工程、大坪村茶园灌溉工程。为保障项目顺利实施，故以郭垭村茶园大口井喷灌和红庙村樱桃园堰塘微灌为例，进行特色农业高效节水灌溉方案分析。

3 郭垭村茶园喷灌方案计算分析

郭垭村地下水资源丰富，且埋藏较浅，所以在非水库灌区及不具备自流条件的灌区，灌溉水源为大口井,茶园灌溉工程控制灌溉面积1960亩，以大口井为水源，设计在项目区建设喷灌工程以解决茶园灌溉问题。灌溉水利用系数取0.9，设计保证率为85%。则设计灌溉系统流量为31.75 L/s，根据地形及大口井出水量，郭垭村茶园灌溉工程分为4个片区。项目区总需水量及最高日、时需水量计算见表1。

表1 项目区需水总量计算表

3.1 大口井设计

（1）大口井水量计算

根据钻探与抽水试验成果，按照下式计算。

式中：Q为单井出水量，m3/d；S为水位降深，m；K为渗透系数，m/d；H为含水层厚度，m；R为影响半径，m；r0为大口井半径，m；L为大口井中心距河边距离，m。

采用直径4 m和3 m大口井，单井出水量为57.41 m3/h～199.90 m3/h，计算结果见表2。

表2 大口井单井涌水量计算表

计算结果均大于表1各时段蓄水总量，满足供水需求。

（2）大口井典型设计

水源井工程包括大口井、抽水泵、泵房及配电设备等。项目区种植作物以茶树为主，最大灌溉定额为24.4 m3/亩，灌溉水利用系数为0.9，按下式计算单井控制面积量。

式中：A为单井控制种植作物面积；Q为单井出流量，m3/h；t为日净灌时间；T为灌水周期，6天；m为灌水定额，24.4 m3/亩；η为灌溉水利用系数，取0.9。

表3 大口井单井可控制最大灌溉面积计算表

计算结果见表3。由表3可知，空置面积均大于实际灌溉面积，满足要求。

（3）大口井结构设计

井壁下部刃脚为C20钢筋砼，井壁采用C25预制钢筋砼，壁厚30 cm，井底设20 cm厚C20混凝土垫层，防止井底涌砂。井盖为C25钢筋砼现浇，井盖处设检修孔，以便检修及设备安装。以郭垭村茶园灌溉工程1#大口井为例计算水泵选型，该井为喷灌水源，单井控制面积为500亩，井深15 m，吸水管长7 m，扬程为35 m。同时考虑灌溉时间短，利用率较低等因素，选用250QJ80-40/2型潜水泵抽水，装机台数为2台。

3.2 喷灌工程设计

（1）喷头的选择及组合间距的确定

喷灌工程采用全圆喷洒方式，喷头正方形结合形式，参数根据种植作物选定。支管间距为14 m，喷头间距14 m，喷头流量2.0 m3/h。经复核，喷灌强度2.0 mm/h小于壤土允许喷灌强度8 mm/h，雾化指数在4000～5000范围内，喷灌均匀系数满足规范要求，所选喷头可行。第一条支管距干管接头7 m，第一个喷头距干管、支管接头7 m，以后的喷头和支管间距均为14 m。每条干管均双侧布置支管。

（2）灌溉定额

研究区属于商洛丘陵浅山区，按照《陕西行业用水定额》，本次设计茶树喷灌用水定额为162 m3/亩。根据种植作物生育规律、气候特征和需水分配周期，结合地方种植经验，确定茶树每年灌水次数生育周期为4次，设计灌水周期为6天。工程区面积较大，拟采用移动式喷灌系统，地形高程相差不大，且工程区内无相对高点，因此喷灌系统采用加压系统，干管沿河堤路布置。

（3）喷灌典型设计

喷灌典型设计取郭垭村茶园灌溉工程片区3，灌溉面积为13200 m2，水源为3#大口井。为充分利用时间，每次共同工作的喷头数为30个。为完成全部灌溉，支管的位置数有142处，每条支管平均喷头数664/135=5个，每条支管70 m，同时工作的支管为6根。设计灌水周期为6天，每天工作16 h，共分为24个轮灌组。系统流量为16.7 L/s，每条支管最大流量为2.8 L/s，为减小辅管管径，每个轮灌组至少采用5条辅管，每条辅管最多开两条支管，则辅管最大流量为5.6 L/s。

4 红庙村樱桃园堰塘微灌方案计算分析

红庙村樱桃园堰塘微灌工程设计灌溉面积1497亩，种植农作物为樱桃，灌溉水源为红庙村桃园堰塘及已有大口井，大口井位于试马河荷花园取水枢纽上游20 m处，红庙村桃园堰塘蓄水容积2.5万m3。本片区采用微灌形式，设计保证率为85%，微灌水利用系数取0.9。该项目区分为2个片区，片区1水源为已有大口井，片区2水源为红庙村桃园堰塘。

4.1 水源工程设计

红庙村堰塘因建设年代久远，存在渗漏问题，两岸均为土质边坡，易垮塌，故设计改造内容主要包括：堰塘边坡防渗处理120 m，修复D60浆砌石灌溉渠道800 m，更换铸铁闸门（0.6 m×0.8 m）3套。堰塘衬砌之前，先清除堰塘四周、背坡的杂草和表层土及塘底淤泥，堰塘四周和背坡清除厚度为50 cm，并进行自然坡，坡度为1∶1.5。堰塘清基及整坡完成后，对四周进行夯实，夯实完后铺复合土工膜（两布一膜）一层。堰塘四周铺完土工膜后采用C25混凝土衬砌，墙体与土工膜之间夯实回填砂垫层。衬砌坡度为约1∶1.5。池底完好。堰塘四周衬砌时每隔12 m设一道伸缩缝，缝宽2 cm，缝内填筑沥青泡沫板。项目区总需水量及最高日、时需水量计算见表4。

表4 项目区需水总量计算表

4.2 设计灌水定额

按照《陕西行业用水定额》，樱桃地面灌溉定额采用杏树及苹果树地面净灌溉定额，中等年为50 m3/亩～90 m3/亩，干旱年为70m3/亩～140m3/亩。本次设计樱桃树微灌用水定额为132m3/亩。根据种植作物生育规律、气候特征和需水分配周期，依据地方种植经验，确定樱桃微灌设计灌水定额32.6 mm，设计灌水周期为9 d，每天运行时间为16 h。

4.3 典型工程设计

红庙村樱桃园规划微灌面积1497亩，种植农作物为樱桃。本片区采用微灌形式，设计保证率为85%，灌溉水利用系数取0.90。本次设计红庙村樱桃园灌溉工程分为2个片区。片区1高程在394.0 m～421.0 m之间，该片区内微灌面积770亩。水源为已建大口井。片区2高程在386.0 m～394.0 m之间，微灌面积727亩。水源为红庙村桃园堰塘。

研究区灌溉季节日平均风速1.5 m/s～3.2 m/s，日工作时数16 h。选用平口雾化地插喷头，各级管道按照垂直向布置。布置毛管间距为3.0 m，喷头间距3.0 m。干管及分管管采用地埋固定管道，均选用PVC-U管，毛管选用φ32PE管道，压力等级0.4 MPa。干管和分管平直且无分水管道时每200 m设置一个伸缩节，在三通、弯头、闸阀等处设置镇墩，每条支管首部设置控制阀和阀门井，在管网最低处设置排水阀和排水井。计算得出设计灌水周期为9 d。每组工作时间为8.1 h，设计取9 h。每天开启4组。根据区域地形等资料，每个片区分36个轮灌小组。每组灌水时间为4 h，分9 d灌完。经计算，片区1微喷灌溉系统设计流量为117.64 m3/h,取117.9 m3/h；片区2微喷灌溉系统设计流量为111.07 m3/h,取111.6 m3/h。

经计算，毛管允许的最多出水口数量Nm=88个，则允许最大铺设长度为Lm=262 m。由于设计毛管允许的最多出水口数量为20个，故选取最大铺设长度57 m。设计分管最小间距3 m，分管极限孔数为71个，分管极限长度为105 m，最大分管长度为87 m，在计算范围内，符合规范要求。经计算，输水管道选用1.25 MPa、DN200PE管。干管选用0.6 MPa、φ110PVC-U管。辅管选定0.4 MPa、φ90 mmPVC-U管。分管选定0.4 MPa、φ63 mmPVC-U管。毛管选用PE63级DN32PE管，压力等级0.4 MPa。

5 结语

商南县水资源分布不均，为帮助群众致富，促进农村经济发展，围绕农民种植的茶树、樱桃等山区特色农业，实行高效节水灌溉项目建设。通过对大口井、堰塘为水源的喷灌、微喷灌不同形式的节水灌溉项目建设方案进行探讨，得出茶树喷灌用水定额为162 m3/亩，灌水周期为6 d。樱桃树微灌用水定额为132 m3/亩，灌水周期为9 d。项目建成后，新增（含恢复）灌溉面积7686亩，受益人口6267人。