农田高效节水管道灌溉规划设计探讨

贾珺琳

(晋城市水务局，山西 晋城 037000)

涌泉灌是现代农业灌溉中的重要方式，于毛管上安装涌水器，以涌泉的方式向土壤中灌水。从适用性的角度来看，涌泉灌在果园和林区灌溉中具有较高的可行性，可实现局部的精细化灌溉。得益于涌泉灌的节约化、高效化特性，其在我国的果园灌溉中取得愈发广泛的应用。

1 涌泉灌系统的应用特点

(1)构成简单。涌泉灌系统的重要组成部分包含首部枢纽、输配水管网、小管灌水器，设施配套较为简单。其中，首部及输水管网与微灌系统相同，但其对过滤器的要求较低，通常按照60～80 目的要求配置即可。管道末端级微管的一端紧密对接至地下涌流器，其余一端裸露至地表，根据现场的灌溉需求，以射流状出流。根据涌水微管的布设情况，在其出口周边开挖灌水坑，发挥出临时蓄水的作用，缓解地面径流流失问题[1]。

(2)节水效果好。在合理配置涌泉灌系统后，可有效减少渗漏和蒸发损失量，灌溉时着重润湿作物根部周边的土壤，在不影响作物正常生长的前提下有效减少灌水量，水的利用率较高。相比于喷灌而言，可省水15%左右。

(3)不易堵塞。最小出流管采用的是4 mm 微管，在日常使用中不易出现堵塞现象;同时，未对水质提出过高的要求，水源在未经化学处理时也可有效使用，可避免传统滴管方式易堵塞的问题。

(4)稳定可靠。在整个涌泉灌管网系统的建设中，微管露出地面10 cm～15 cm，除此之外的其它部分均埋设在耕作层以下，外界环境对涌泉灌管网系统的影响较小，不易出现设施受损、丢失的异常状况。

(5)经济高效。根据前述分析，涌泉灌系统的配置简单、用水量较少、运行稳定可靠，因此可有效降低在灌溉水方面的成本投入，不会对果农产生过大的经济压力;同时，涌泉灌系统的灌溉具有精细化的特点，可以充分满足果树对水分的要求，有利于果树的正常生长，实现果实品质和产量的双重提升，进而提高经济效益。实践表明，在采取涌泉灌的方法后，果树可增产30%以上。

2 灌区概况

申庄水库位于申庄村东，坝高25 m，库容1400 万m3，于2010 年对坝体做除险加固处理。每年3 月、4 月份枯水期30%年份出现断水，平均年需水量210 万m3。水库移民示范村果树园区建设工程是当地农业事业中的重点工作内容，设计规模714.3 m3/d，果树园区250 亩。

3 申庄村节水片典型设计

典型地块取在2 号干管上，控制面积为119 亩。在涌泉灌系统配置中，总干管选用的是DN110 的PE 管，根据区域水源状况，从蓄水池引出，于总干管左侧布设DN110 的PE分干管，支管采用DN63 的PE 管，毛管采用DN25 的PE 管。在布设毛管后，分别为每根毛管配套40 个涌水器，统一按照3 m 的间距有序布设到位;此外，分别在各果树下方布设1 个涌水器。供水控制机制方面，每根分干管控制9 条支管，每条支管控制6 对毛管，建立逐层细化的管网控制体系。

4 节水管道灌溉规划设计要点

合理规划设计，使每条毛管的配套稳流器均保持稳定运行状态，即稳流压力在许可范围内，在此条件下可有效增强灌水的均匀性，在保证灌水适量的前提下，减少不必要的水资源浪费量，达到有效灌水、节约灌水的效果。

4.1 管网规划设计的基本原则

管网集干、支、毛三级管于一体，形成层次化的管网体系。毛管平行于树行，支管垂直于树行，按照相应的位置关系布设管道。管网布置的基本原则，如下:

(1)裁弯取直，尽可能使管线走直线，缩短供水距离，减少管材配置量;

(2)密切关注轮灌区的划分情况，合理布设支管，尽可能将独立农户置于单独的轮灌区，以便更好地开展运行管理工作;

(3)为便于施工管理，条件适宜时优先沿路布设管线。

4.2 轮灌组的合理划分

分别为每棵果树配置一台稳流器，该设施出水量控制在60 L/h～70 L/h，按照此数量关系推算，确定受益区果树的棵数，进一步明确适宜的轮灌组数量，使其能够有效满足果树灌溉要求。

4.3 管网布置形式

考虑到成本控制要求，毛管宜选用Φ15 塑管，按稳流器出流量60 L/h、间距约3 m 考虑，将毛管的长度控制在80 m以内，在明确此类参数后，即可绘制出灌区管网的布置雏形，建立起总体管网框架。

4.4 管网水力的计算方法

管道管径和管内水压是水力计算时的重点指标。综合考虑类似工程经验和经济流速要求，初步确定合适的管道管径，再寻找各轮灌区中最远的毛管，在确保有1 kg/cm2压力的前提下测算管道的首部工作水头，根据此项结果检验毛管的水压，合理的状态是水压稳定在1 kg/cm2～3.5 kg/cm2区间内，若现场有超压状况，则根据超压的程度对管网布置做灵活的调整，而后再次试算水压，直至该项指标在合理范围内为止。此时，得到具体的水力计算结果见表1。

表1 管网水力计算结果

4.5 管材及管件的配套

塑料管具有安装便捷、经济高效等特点，因此在水利工程中取得广泛的应用。在涌泉灌管材的选取中，主要考虑的是聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯管材，管件则以塑料或钢材质为宜。

4.6 节水管道的施工

4.6.1材料准备与测量放线

经过规划设计后，确定各类涌泉灌系统的材料，做好准备;以管网布置图为准，组织测量放线，作为管材安装的参照基准;分别在分水口、转弯点打设木桩;在测量开挖线后，以撒白灰的方式做清晰的标记。

4.6.2管沟的开挖

分如下几种情况考虑:干、支管管沟，开挖宽度0.4 m、深度0.6 m;毛管管沟，开挖宽度0.2 m、深度0.4 m。此外，各类型管沟均设置为矩形断面[2]。

4.6.3管道联接

考虑到管道联接的稳定性要求，用喷灯在现场加热承插，并向连接部位(例如弯头与管道、三通与管道的连接处)涂抹粘结剂，保证两者的结合具有足够的稳定性;于毛管上打孔后，及时插入稳流器及出流微管。

4.6.4管路清理与回填

施工后，通水冲洗，目的在于清理残留在管中的杂物，而后再安装支、毛管末端堵头;随后，安排试水，采取此方法检验管道连接部位的质量，判断是否漏水，若有则及时修复，并再次检验，直至完全满足要求为止。

4.6.5阀门井施工

阀门井施工时间安排在试水回填后，以水泥砂浆砌砖的方法建成阀门井，上盖混凝土板或钢板。根据现场情况灵活设置阀门井的形态，例如圆形、矩形是较为常见的结构形式。

4.6.6水压测试

涌泉灌系统设置成型后，安排测压，此举目的有二:一是判断实际水压，加深对设施实际运行情况的认识;二是以测压的方式校核水力计算结果。为保证测压的有效性，宜安排在试水及回填土前进行，在现场选取两处轮灌区(距水源最近、最远的轮灌区)，经过测试后确定毛管可承受的压力区间(最大压力、最小压力)，进而判断该值是否在稳流器的正常压力区间内，结合此方面的状况对管网布置方式做灵活的调整。若测试结果无误，安排土方回填施工，至此则结束整个涌泉灌系统的各项建设工作。

4.7 应用效果分析

(1)经济效益:工程建成后，灌溉系统可稳定运行，从建成三年后的果园生产水平来看，年均产果50 万kg，年新增总产值150 万元，人均收入增加3750 元，具有突出的经济效益优势。

(2)生态环境效益:新增节水灌溉面积250 亩，节水19000 m3，可有效减少果树灌溉的水资源浪费量，对保护水资源较为友好。

5 施工注意事项

(1)稳流器出水孔径较大，日常使用中发生堵塞的几率较低，但并不意味着其完全不堵塞，为防患于未然，在规划设计阶段需考虑到水质过滤的要求，予以有效的技术优化。

(2)系统开泵充气时可能有“气枪效应”，其直接影响则是破坏稳流器的正常状态，为此，可在干、支管处设适量的进排气阀。

(3)注重对打孔质量的控制，确保打孔后产生的毛刺得到有效的清理，否则可能有倒贴现象，进而导致个别稳流器的流量明显低于正常值，甚至存在完全不出水的状况。

6 结语

在水资源紧缺的生产、生活环境中，水资源集约化是重要的发展方向。具体至农业灌溉领域，可以考虑涌泉灌系统或是其它的方式，根据现场水文条件、作物用水需求进行合理的规划设计，充分兼顾灌溉有效性和减少用水量的双项要求，促进农业事业的可持续发展。