南堡子村暗管工程农田灌溉设计与工程布置

吕铁路

（兴平市水利局，陕西 兴平 713100）

0 引言

暗管输水灌溉技术在我国上世纪90 年代就开始试验，取得成功后开始重点推广，目前该低压管道输水技术已经列为我国科技兴农的重要内容。陕西省各地市已经完成上亿亩节水农业暗管输水灌溉示范工程，综合效益十分显著。南堡子村位于陕西省兴平市东北塬上，向南3 km 处有一条东西走向宝鸡峡东三支渠，因距该工程所在地较远，加上现在农民发展经济作物，如桃、葡萄、草莓等急需灌溉水，因而在暗管工程实施前灌水非常困难，满足不了农作物需水要求，几乎处于靠天吃饭状态，因此决定实施暗管工程。

1 工程供需水量分析

灌溉用水量采用定额法计算，用水基准定额根据灌溉分区、作物种植结构、用水保证率、土壤属性等综合确定。由于工程区内种植作物主要为桃、葡萄、草莓等需水性作物，工程区内土壤主要为壤土，则根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-2018），确定不同保证下灌溉用水基准定额为：P=50%时为85 m3/667 m2，P=75%时为130 m3/667 m2。区域内灌溉水利用系数η 按下式计算：

式中：ηs为管道水利用系数，取ηs=0.97；ηf为田间水利用系数，取ηf=0.91。由此可以求得工程区内灌溉水利用系数η=0.8827。

根据种植作物、保证率和土壤性质来确定项目区农田灌溉用水定额。项目区内种植作物主要是桃子、葡萄和草莓，其中桃子保证率为50%、葡萄和草莓保证率为75%，土壤性质为壤土，按以上条件参考陕西省兴平市用水定额，确定不同保证率下灌溉用水定额：P=50%为90 m3/667 m2，P=75%为135 m3/667 m2。

（1）净灌溉需水量

净灌溉需水量是不包括损失的灌溉需水量，指完全用于作物的水量，采用定额法计算，公式如下：

式中：Wj为净灌溉需水量，万m3；A 为灌溉面积，本工程灌溉面积为13.34 万m2，M 为灌溉用水定额（m3/667 m2）。

经计算分析，不同保证率下的净灌溉需水量为：P=50%为1.8 万m3，P=75%为2.7 万m3。

（2）毛灌溉需水量

毛灌溉需水量是包含损失在内的灌溉需水量，即除作物吸收的水量，还包括输水过程和灌入田间的损失水量，采用下式计算：

式中，W 为毛灌溉需水量（万m3），η=0.8827。

通过上式计算分析区不同保证率下的毛灌溉需水量为：P=50%为2.04 万m3，P=75%为3.06 万m3。

2 暗管工程农田灌溉设计与工程布置

2.1 暗管工程农田灌溉设计思路

暗管输水灌溉，管道布设应采用树枝状管网布设型式，并按输水主管和配水支管两级固定管道级数，并根据南堡子村现有地块布设，支管间距初设为80 m～100 m，管道采用承插涂粘合剂的方法连接，并在临近管道井口的位置设置排气阀门，各级管道进口处设置安全控制阀，排水井设置于距离水源地较远的管道出水口末端。管道中所使用的三通、弯头等附件必须与管材相配套，出水口、安全阀等均采用标准铸钢定性件。初设出水桩间距40 m～50 m，并主要根据灌区地形进行调整。为防止水泵非正常关闭或其他故障导致灌溉水在管道内倒流，必须在管网系统首部设止回阀。此外，为防止泵停同时管道内积水倒流所产生的负压导致管道变形，还应在管道首部最高位置处设置进排气阀。

2.2 管网布置

暗管工程所在地处于店张向南走向半塬上，地势南高北低西高东低，店张街道办事处东南方向，距办事处约2 km，交通便利。该工程共埋设ø110 mmPVC-U1800 m，出水口29 个，建成后可控制灌溉面积13.34 hm2。

其中，南北向布置一道主管，东西向布置支管共4 道，支管间距约100 m，支管上出水口约50 m 留一个。管材为PVC-U，直径110 mm，泵下的深度一般大约120 m，出水量50 m3/h。

南堡子村暗管工程按照主、支两级设计和布设管网，南北向主管南向末端设1 个出水口，4 条支管上分别布设7 个出水口；主支管道在地下埋设，通过立管使之与地面配水沟垄连接，见图1。为达到农业灌溉的要求，必须在大棚外的支管上设置和安装出水桩，支管上出水口约50 m 留一个，通过出水桩配合水龙带进行棚内灌溉。

图1 南堡子村暗管工程管网布置示意图

2.3 出水口设计

出水口口径关系到输水暗管能否正常运行，由于南堡子村暗管工程深井只开一个口，无形中增大了管路工作压力，减少了水泵出水量，降低了输水灌溉效率，存在爆管的潜在威胁。为此，应根据《农田排水工程技术规范》（SL 4-2013），不同出流流量对应的出水口口径，拟定和设计南堡子村输水暗管工程出水口口径，出水口口径与管道配套即直径为110 mm。在考虑水泵流量及其与输水软管匹配性的基础上，软管设计长度按70 m确定，并在单个给水栓上同时布设数个横向出水口，实际灌溉过程中对于闲置不用的出水口，应取下给水栓并封盖。

南堡子村暗管输水管道由于输水距离短，所以不考虑其他因素。在每座大棚进口处设置一个断面为20 cm×20 cm、高1.0 m 的出水桩，其地面以上高25 cm，并利用C15 砼将出水栓浇筑固定。在各个输水管道末端安装堵头，便于定期排沙。

2.4 灌溉制度

2.4.1 灌溉周期

灌溉周期是农田灌溉系统设计中重要的参数。其中灌水定额主要取决于作物在生长期内的耗水量，该耗水量包括作物植物蒸腾作用消耗、土壤表面挥发、植物组织需求等。不同的作物类型，灌水定额也不相同。项目区主要作物桃、葡萄和草莓灌溉周期见表1。

表1 项目区主要作物灌溉周期

表1 中灌水定额利用土壤田间持水量资料计算，田间持水量是指在项目区土壤排水良好的情况下，排水后不受重力影响而保持在土壤中的水分含量。

2.4.2 灌溉工程灌溉情况分析

每次开一个出水口，第一个出水口开后再开启电闸，下一个出水口开后关上一个出水口，最后一个出水口待电闸关后再关闭。灌溉时可根据不同作物与不同地块其需水状况灵活掌控，以满足作物需水要求。

3 结论

南堡子村暗管输水灌溉工程于2016 年底投建，2018 年10月建设完成，于次月投入运行。工程运行后，经济效益、社会效益和节水生态效益十分显著，陕西省兴平市东北塬农业生产条件得到改善，农业综合性生产能力大大提升，农业规模化生产的条件基本具备。输水工程的实施，使得工程投资节约，避免了灌溉水的蒸发与漏损，节地复耕，缩短了灌溉时间，区域内农田平整肥沃、水利设施配套、优质高产高效的农业生产目标基本实现，土地利用率和产出率大幅提升。