吐鲁番高昌区高效节水灌溉建设工程设计——以艾丁湖镇琼库勒村为例

阿不都外力·艾乃吐拉

(吐鲁番市高昌区水利局，新疆 吐鲁番 838000)

水资源短缺是制约我国农业发展的重要因素，为提高水资源利用率改善农业发展条件，建设节水工程是十分必要的[1-2]。目前常用的节水灌溉方式包括：喷灌[3-4]、滴灌[5-6]、低压管道[7-8]、渗灌等[9-10]。针对工程区特点合理选择灌溉方式尤为重要。本文以吐鲁番市高昌区1666.66 hm2高效节水项目为例，研究节水灌溉建设工程设计。

吐鲁番市高昌区1666.66 hm2自治区农业高效节水项目覆盖三堡乡、二堡乡、胜金乡(木日吐克村贫困村)、亚尔镇、艾丁湖镇(琼库勒村贫困村)、葡萄镇和葡萄街道管委会。项目区属冲洪积倾斜平原，地势比较平坦，一侧略倾向于艾丁湖，地形坡度在 1.5%～2.0%。项目区灌溉面积为1666.66 hm2，农作物均为葡萄。项目区现状年均为常规灌溉，主要采用沟灌，田间灌溉定额大，耗水量大，严重浪费水资源。

1 供需水平衡分析

项目建设前农作物年用水量计算结果见表1。由计算结果可知项目建设前项目区葡萄种植面积1666.66 hm2。年净需水量为1.675×107m3，年毛需水量为 2.234×107m3。

表1 各项目区年用水量 104 m3

项目区地下水开采方式主要为机电井，其可供水量主要根据地下水可开采量、引提水工程的能力以及用户需水量确定，选取其中最小值。

现状年项目区有 161 眼机电井，地下水可供水量为 2.279×107m3，项目区建设前地下水总需水量为 2.234×107m3，机电井实际供水量为 2.234×107m3。计算结果见表2。

设计水平年项目区利用 111眼机电井，地下水可供水量为 1.925×107m3。项目区建设后地下水总需水量为1.810×107m3，实际供水量为1.887×107m3。计算结果见表3。

表2 建设前水资源平衡分析 104 m3

表3 建设后水资源平衡分析

项目区现状采用常规灌溉，灌溉定额达到了1.34×104m3/hm2；设计采用滴灌，1.13×104m3/hm2，节水量为0.21×104m3/hm2，年节水量为 346.8万m3。

2 灌溉方式比选

高昌区常见的灌溉方式为低压管道灌溉及滴灌。

项目区地块较为整齐，风大，且根据实地调查三堡乡、二堡乡、胜金乡、亚尔镇、葡萄镇和葡萄街道管委会项目区农民对低压管道的接受能力较滴灌高，故这些项目区为低压管道。艾丁湖琼库勒和西然木村项目区农民对滴灌的接受能力较高，故这两项目区采用滴灌系统。

从管材的质量，性能及安装特点综合考虑，本工程项目区干管均采用PVC 管材，管材规格主要采用 0.4 MPa，支管采用 PE 管，管材规格主要采用 0.4 MPa。

3 艾丁湖镇琼库勒村高效节水建设工程设计

2019年高昌区高效节水灌溉工程艾丁湖镇西然木村和琼库勒村设计为地下水滴灌工程，西然木村和琼库勒村灌溉面积分别为330.33 hm2和400.00 hm2，利用机电井43眼，其中西然木村利用机电井17眼，琼库勒村利用机电井26眼。本次典型设计以艾丁湖镇琼库勒村为例进行计算。

各系统需水量计算公式如式(1)。

Q= 10IaA/ηt

(1)

式中：Q为流量；Ia为供水强度；A为供水面积；t为日供水时长；η为灌溉水利用系数。

3.1 管网布置

(1)首部枢纽。布置在泵房内，由潜水泵、离心+网式过滤器、逆止阀、控制阀、水表、压力表组成。

(2)保护设备的设置。为使灌溉系统安全，在管路凸起处安装进气阀，避免产生负压，及时排气，保障供水。

(3)干管、分干管的布置。为降低管道安装和检修难度，沿道路或林带铺设，采用承压 0.4 MPa 的PVC 管。

(4)支管的布置。支管采用压力等级 0.25 MPa，φ90PE管，垂直分干管安装，采用专用管件连接。

(5)毛管布置。滴灌采用φ20 滴灌带(平均行距1.5 m)，流量为3.0 L/h，间距为 0.3 m，每行葡萄铺3条毛管。

3.2 设计参数及灌溉制度

3.2.1 设计参数

图1 滴灌铺设示意图

(2)设计保证率。滴灌灌溉设计保证率为 90%。

(3)计划湿润层深度为1.0 m。

(4)设计耗水强度按式(2)、(3)计算。

Ic=Kr×Ec

(2)

Kr=0.10+Gc

(3)

式中：Ic为作物耗水强度；Kr为作物的遮荫率对耗水量的修正系数；Gc为作物遮荫率；Ec为作物需水量。

经计算得Ic=7.8 mm/d。

3.2.2 灌水器选取

针对目前对实验教学的重视程度不够的情况，要求新时期对实验引起重视。一方面，教师在教学的过程中，要对实验教学引起足够的重视。教师作为学生实验学习的引导者，只有教师在思想上引起了重视，才能在教学的过程中合理的分配实验教学的时间，并且积极的将有助于学生进行实验学习的方法运用于课堂教学，进而收到良好的教学效果。另一方面，教师也要引导学生认识到实验学习的重要性，更好的激发学生的实验学习积极性，使学生将更多的时间与精力用于实验学习。

本次设计根据环境特点，毛管顺行布置，滴头间距0.5 m，采用内镶式滴灌带，规格为φ20×300×3.0 L/H，工作压力为 0.05～0.10MPa，允许铺设长度 75 m，实际最大铺设长度为 60 m。毛管详细参数见表4。

3.2.3 土壤湿润比与设计净灌水定额

滴灌系统毛管布置方式为三行毛管直线布置，其滴头间距Se=0.5 m，毛管间的窄间距 0.5 m，毛管间的宽间距 5.0 m。土壤湿润比按式(4)计算：

Pw=(P1×S1+P2×S2)/Sr

(4)

式中：Pw为湿润比；P1为与S1相对应的土壤湿润比；P2为根据S2查表所得土壤湿润比；S1、S2为毛管的窄、宽间距；Sr为葡萄行距。

表4 毛管参数

经计算：Pw=42.2%。

葡萄的微灌设计土壤湿润比在30%～50%范围内，本项目区土壤湿润比取42.2%。

m=0.1·γ·z·p(θmax-θmin)

(5)

式中：m为设计净灌水定额；z为计划湿润土层深度；γ为土壤容重；p为设计土壤湿润比；θmax、θmin分别为适宜土壤含水率上限、下限。

将数据代入上式计算得出灌水定额m=44.6 mm。

3.2.4 灌溉时间及制度制定

设计灌水时间t计算方法如式(6)。

(6)

式中：m为设计净灌水定额；Sr、St分别为植物行距、株距；qd为滴头流量；ns为单株葡萄灌水器数量；η为灌溉水利用系数，取η=0.9。

一次灌水延续时间t=7.4 h，取7 h。

灌水周期T应满足以下条件：

(7)

式中：Tmax为最大灌水周期；mmax为最大灌水定额；Ia为补充灌水强度。

通过计算Tmax=5.7 d，取灌水周期为 5 d。

采用轮灌方式可提高设备利用率，从而降低工程投资，增大灌溉面积。干管可分为若干组，轮流向分干管输水，分干管向各支管供水，支管向毛管输水。最大轮灌组数应符合以下条件。

N≤Nmax=CT/t

(8)

式中：N为轮灌区数目；C为滴灌日运行时间；T为灌水周期；t为单次灌水时长。

由基本资料确定，C=20 h，T=5 d，t=7 h，则将数据代入上式计算得：设计轮灌组数为 13 组。

4 结 论

以吐鲁番高昌区节水灌溉项目为例，通过调查分析，节水改造后，1666.66 hm2农田年节水量高达346.8 万m3，区域内地下水和机电井水可满足灌溉用水需求。结合项目特点，高昌区节水灌溉工程采用低压管道+滴灌相结合的灌溉方式。结合葡萄种植特点，选择PVC 管材作为输水管道，设计单次灌溉时长为7 h，灌水周期为5 d。