横水河灌区实施高效节水灌溉工程探索与实践

田金平

(凤翔县横水河灌溉管理处，陕西 凤翔 721400)

1 灌区概况及存在问题

凤翔县横水河灌区是全国千亿斤粮食规划确定的800个粮食生产重点县的重点中型灌区之一，灌区位于凤翔县城东部，东、西与冯家山抽水灌区相接，南与东风水库灌区为邻，北至北山南麓，南北宽11.5 km，东西长18.5 km，是我省开发利用较早的中型自流灌区。灌区水源来自渭河三级支流横水河上游的四条支流，水源枢纽工程由白荻沟、群力、桃树沟、姚家沟等四座水库联合组成，总库容2355万m3，有效库容1077万m3。

灌区现有设施面积9.48万亩，有效灌溉面积8.06万亩，是凤翔县农业优质粮经作物主要生产区。横水河灌区水利工程自投运以来，对改善灌区农业生产条件，促进灌区粮油稳产、高产和农村经济的发展发挥了巨大的作用，但灌区水利工程设施经过多年的运行，存在以下突出问题：①灌区原有水利工程老化失修严重，工程完好率只达到60%，工程整体功能日渐衰减，水资源浪费严重。②流域水资源日益匮乏。近年来灌区陆续承担向县城生活供水和沿线工业供水任务后，灌区农业供水总量不断减少，灌区水资源供需矛盾日益突出。③农业灌溉效益逐年衰减。近年来实灌面积仅占有效面积的40%左右，工程效益得不到正常发挥，已严重制约了灌区农业生产和农村经济的发展。

2 实施高效节水灌溉项目的可行性

(1)技术上切实可行

横水河灌区位于凤翔县东北部，属于渭北黄土台塬区，地形西北高，东南低。水源来自横水河上游四座水库联合组成。灌区主要供水水源海拔高程910 m，灌区上游高程820 m，灌区中部区域平均高程760 m左右。水库水源与灌区头部分水闸地形高差达90 m。本次规划建设的高效节水灌溉工程项目区位于横水河灌区中部四斗～八斗之间，与灌区上游地形高差也达60 m左右。经初步管道输水水力计算，由水库采取管道自流重力输配水可满足全灌区压力要求。由灌区头部供水，可满足灌区中下游田间灌溉出水压力要求。本次规划高效节水工程充分考虑到技术上的可行性及经济上的合理性，同时发挥探索实践与示范引领作用，拟采取在灌区首部分水闸位置设置高位蓄水池，再由蓄水池向项目区敷设输水管道及田间灌溉管网，采用重力自流输水，在技术上是完全可行的。

(2)灌溉水源有保证

横水河灌区由上游四座水库联合运用向灌区供水，在“十二五”期间，凤翔县充分利用国家加大水利资金投入，推动基础水利设施建设的机遇，对白荻沟水库、群力水库、姚家沟水库、桃树沟水库进行了除险加固，对总干渠等输水骨干渠道进行了更新改造，输水骨干渠道完好，提升了灌区内的供水保障能力，经水资源平衡分析和近几年供水量统计，每年可稳定向灌区提供灌溉水源150万m3，高效节水项目区用水需求有可靠的水源保障。

3 工程规划设计方案

3.1 工程总体设计思路

根据灌区基本情况及自流重力供水技术要求，本次高效节水灌溉工程选址在横水河灌区中部，水源以横水河灌区水源作为本工程的灌溉水源，在总干渠左侧新建取水建筑物，通过160 m输水管道引水到新建的2000 m3高位蓄水池，再从蓄水池敷设DN400主干管道至项目区，沿主管道配套支管及田间灌溉管网，利用地形高差进行重力流输配水，因地制宜利用蓄水管道灌溉方式建设高效节水灌溉工程。

3.2 工程设计方案

3.2.1 水源工程设计

1)取水工程

本工程水源利用横水河总干渠供水，在南干分水闸以北20 m处总干渠左侧设置取水口，渠底标高818.53 m，安装分水闸1座，闸门尺寸为1.0 m×1.5 m，取水口设置拦污栅1道，分水口闸门后接160 m长DN400输水管，管材选用PVC-U管，压力等级0.6 MPa。

2)调蓄池

为了满足灌区管网供水需要，本次设计新建调蓄池1座。经计算项目区最高日用水量为10690 m3/d，由于水源为横水河灌区总干渠输水，考虑到灌溉期干渠检修维护和灌溉用水时段，蓄水池容积按照项目区最高日用水量的20%考虑，确定蓄水池容积为2000 m3。蓄水池采用C25钢筋混凝土衬砌，底板衬砌厚度为15 cm，四周边坡衬砌厚度为12 cm。池底及池壁灰土垫层下设复合土工膜进行防渗处理。

3.2.2 灌溉工程设计

(1)管材选择

结合本工程实际情况，在确保满足供水水量、水质、水压及运行安全的情况下，经对钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、PE管和PVC-U管优缺点及经济性分析，结合地形、地质、经济等因素综合确定，本次设计输水干管、分干管及田间灌溉管道均采用PVC-U管。

(2)田间灌溉管网设计

1)管网布置

该工程灌溉方式为管道灌溉，依据灌区整体地势为北高南低，设干管、分干管、支管三级固定管道。干管整体从调蓄池出口由北向南布设，横穿整个项目区；分干管垂直于干管呈东西向布置，大体沿田间道路布设，本次设计共布设分干管7条；支管垂直于分干管由北向南布置。分干管上每60 m间距布设支管一条，共布设支管147条，支管上每30 m间距安装一个出水桩，共布设出水桩1320个。在干管的进口及沿途共设置控制闸阀4处，每条分干管进口处设置闸阀1处，以利管网检修和调节干管、分干管的水量及压力，支管入口处安装控制调节阀及水表。为了防止供水时造成气堵，放水时造成管网真空，在干管沿线最高点均需安装进、排气阀。

2)管道埋深

管道采用直埋方式，要求管顶覆土厚度不小于0.8 m。管床基础为管沟槽内的天然地基整平，夯实处理。

3)灌溉工作制度和流量确定

①灌溉系统设计流量

灌溉设计流量按所控制的灌溉面积，灌水时间，一次灌水定额按下式计算：

式中：Q0为灌溉系统设计流量，m3/h；a为灌水高峰期第i种作物的种植比例；mi为灌水高峰期第i种作物的灌水定额，m3/亩；t为系统日工作小时数，h，20 h；Ti为灌水高峰期第i种作物的一次灌水延续时间；A为设计灌溉面积，项目区面积6000亩；η为灌区灌溉利用系数，取0.87；

以该区小麦返青、拔节期和果树开花坐果期值来确定灌溉系统设计流量。由试验资料确定小麦蒸发峰值。计算得项目区系统流量Q0=510.0 m3/h。

②各级管道的设计流量，按下式计算：

式中：Q为某级管道的设计流量，m3/h；n为该管道控制范围内同时开启的给水栓个数；N为全系统同时开的给水栓个数；Q0为灌溉系统设计流量，m3/h。

本次设计按各支管灌水时每次只开启一个出水桩考虑，各支管设计流量均为5.80 m3/h。

(3)管网水力计算

1)管网水头损失计算

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》管道沿程水头损失，按照下式计算：

式中；hf为沿程水头损失，m；L为计算管段长度，m；Q为计算管道流量，m3/h；D为计算管道内径，mm；f为管材摩阻系数；m为流量指数；b为管径指数；

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》地埋式PE管的摩阻系数取0.995×105、流量指数取1.77、管径指数取4.77。本次设计局部水头损失按照沿程水头损失的10%计算。

2)管径确定

管径采用经济流速法确定。

式中：d为管道内径，mm；v为管内流速，m/s；Q为设计流量，m3/h。

根据计算确定，本工程主干管上段管径d为400 mm，下段管径d为315 mm；根据控制面积分干管管径d采用250 mm、200 mm两种规格；支管管径d统一采用Φ110 mm，设计工作压力等级为0.6 MPa。

4 效益分析

该高效节水灌溉工程实施后，节水灌溉工程的功能和优势已经逐步发挥，具有显著的经济效益和社会效益。一是节水效果明显。管道灌溉比明渠灌溉水利用系数可由原来的0.64提高到0.87以上，可有效缓解农业灌溉和城镇供水矛盾，支撑和促进县域经济社会的可持续发展。二是探索和创新了灌区建设和节水改造的新思路。在自流明渠灌区，因地制宜，探索实践低压管道灌溉技术，有效改善了灌区水利工程设施条件，推动灌区科学发展，保障农业提质增效。三是促进了现代农业园区快速发展。低压管道供水能更好满足现代农业园作物灌溉需求，灌区土地流转加快，更好的促进了现代农业园区迅猛发展。

5 结语

在自流灌区地形高差满足压力水头要求，农业发展基础好，农业现代园区优势明显的灌区采用低压管道灌溉方式，建设高效节水灌溉工程，具有“灌溉配水灵活，用水计量准确，管理手段先进，群众用水方便”的特点和优势。对改变原有大水漫灌的灌溉模式，促进灌区节约用水起到积极作用，是今后农田水利建设的有益探索和发展方向。同时在田间末级灌溉管网配套喷灌、滴灌等高效节水灌溉设施，可满足现代农业园区作物灌溉需求。因此，发展高效节水灌溉面积，对促进项目区产业结构调整，提高农业经济效益，带动区域发展，促进乡村振兴，助力贫困群众脱贫攻坚具有重要意义。