韓素麗

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

1 概況

孝義市東盤(pán)糧村位于孝義市東部平川，地形平坦，土壤質(zhì)地為中壤土，土地肥沃，為典型的農(nóng)業(yè)種植區(qū)。地處中緯度內(nèi)陸，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。全村總?cè)丝? 300口人，總土地面積5.06 km2，耕地面積267 hm2。

項(xiàng)目區(qū)種植作物主要以小麥、秋播作物為主，該區(qū)屬于河井雙灌區(qū)，發(fā)展噴灌工程的水源主要為地下水。噴灌工程建成后，由于采用了較先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)并配置了有效的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施，減少了作物的蒸騰蒸發(fā)，提高了灌溉水利用系數(shù)，大大減少了渠道占地，將對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到很大的推動(dòng)作用。

2 工程建設(shè)必要性

孝義市是山西省水資源蘊(yùn)藏量極度短缺的縣市，年降雨量?jī)H為460 mm，也是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)業(yè)主要形式仍以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，水資源的利用率極其低下，是制約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要瓶頸，在此次灌區(qū)規(guī)劃中選用國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的節(jié)水器械，從灌溉方式上節(jié)約水資源，采用噴灌可以控制噴水量和均勻性，避免產(chǎn)生地面徑流和深層滲漏損失，使水的利用率大為提高，降低灌水成本。同時(shí)可提高土地利用率，節(jié)約生產(chǎn)成本，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和地區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型提供可靠的農(nóng)業(yè)技術(shù)支撐。

規(guī)劃項(xiàng)目區(qū)內(nèi)現(xiàn)有節(jié)水灌溉措施不配套，土渠輸水渠系水利用率僅為0.39，遠(yuǎn)低于全省的渠系水利用率。灌溉方式采用傳統(tǒng)的大水漫灌，不僅灌溉用水量大、灌水時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)工、灌水質(zhì)量差而且肥力流失和水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

隨著工業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)發(fā)展用水量的不斷增加，農(nóng)業(yè)灌溉用水日趨緊張。項(xiàng)目區(qū)連續(xù)幾年農(nóng)田得不到灌溉，農(nóng)作物產(chǎn)量低下，只能以旱作為主。因此，從項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況出發(fā)，推廣應(yīng)用噴灌節(jié)水新技術(shù)，調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)粗放型生產(chǎn)向集約型、規(guī)模型轉(zhuǎn)變，做到既節(jié)水又增效，才能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展的要求。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)田面平整，道路通暢，并建有完善的農(nóng)電網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和機(jī)井設(shè)施，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有機(jī)電井23眼，適宜發(fā)展噴灌技術(shù)。促進(jìn)農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，帶動(dòng)農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)栽培技術(shù)等各項(xiàng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。同時(shí)也減輕了農(nóng)民負(fù)擔(dān)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，提高農(nóng)民收入。

3 工程建設(shè)原則

為了使本項(xiàng)目能夠順利實(shí)施并發(fā)揮效益，真正建成高標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)水型井灌區(qū)，按照下面的規(guī)劃原則進(jìn)行工程規(guī)劃：

第一，噴灌工程規(guī)劃在現(xiàn)有水源的基礎(chǔ)上開(kāi)展，重點(diǎn)以節(jié)流為主，規(guī)劃范圍為現(xiàn)有效灌溉面積內(nèi)。

第二，節(jié)水灌溉盡量利用現(xiàn)有的水利工程設(shè)施，因地制宜，優(yōu)先采用噴灌節(jié)水型式，并按規(guī)范要求，達(dá)到較高標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮工程效益。

4 噴灌工程設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的噴灌形式全部采用固定式噴灌。布設(shè)固定主管道，管道埋到凍土層以下。噴灌區(qū)分兩個(gè)區(qū)灌溉，每個(gè)區(qū)建一個(gè)蓄水池，進(jìn)行二次加壓。蓄水池容積為100 L，建機(jī)泵管理房、配管道泵、變頻設(shè)備。育種噴灌區(qū)控制面積11.5 hm2，東西長(zhǎng)480 m，南北長(zhǎng)240 m。

4.1 系統(tǒng)布置

系統(tǒng)由蓄水池、首部樞紐、管網(wǎng)及噴頭組成。水泵出口直接與管網(wǎng)干管固定。

本設(shè)計(jì)干管一條，干管東西向布置，在干管末端設(shè)滲水井，干管上通過(guò)豎管接出地面安裝給水栓，給水栓由磚砌體水泥砂漿抹面防護(hù)。管道上安裝噴頭，噴頭組合形式采用矩形組合。噴頭及支管間距為24 m×18 m，噴頭和立桿數(shù)量除工作外還有備用數(shù)量。

4.2 噴頭選型

噴頭選用YZ—2型，該噴頭性能如下：

工作壓力 H為 3kg/cm2；噴灌直徑 d為 7×3.1 mm；噴水量q為3.86 m3/h；噴頭射程R為21 m。

霧化指標(biāo)選取3 860，其介于大田作物灌溉霧化指標(biāo)3 000～4 000之間，符合要求。

噴頭組合方式選擇：根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況及農(nóng)機(jī)作業(yè)，噴頭間距選取矩形噴灑方式，噴頭組合選用24 m×18 m。

噴灌強(qiáng)度采用下面公式計(jì)算：ρ=q/AL≤ρ允.式中：q——單噴頭流量，L/h；取q＝3.86；

AL——單噴頭的有效濕潤(rùn)面積，AL=b×L；

ρ允——土壤的允許噴灌強(qiáng)度。本區(qū)土壤主要為壤土，根據(jù)《噴灌設(shè)計(jì)手冊(cè)》，其值取12 mm/h。

ρ=8.9＜12.

經(jīng)計(jì)算，噴灌強(qiáng)度ρ滿足要求。

4.3 灌溉制度的擬定

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)近幾年的作物種植現(xiàn)狀，結(jié)合工程完成后國(guó)家關(guān)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的方針政策和群眾對(duì)種植作物的認(rèn)識(shí)，育種田主要種植玉米、高梁，大田主要種植小麥、玉米、高梁，復(fù)播谷子、豆類(lèi)。種植比例為小麥50%、玉米30%、高梁20%、復(fù)播10%。

4.3.1 設(shè)計(jì)灌水定額

根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》GBJ85-85公式進(jìn)行計(jì)算：

噴灌灌水定額m＝32.4 mm。

4.3.2 設(shè)計(jì)灌水周期

按《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》GBJ85-85公式進(jìn)行計(jì)算：T=mη/Ed.式中：T——設(shè)計(jì)灌水周期，d；

Ed——日需水量，mm/d，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)取值3.54mm/d；

η——灌溉水利用系數(shù)，管灌取0.8，微、噴灌取0.85，滴灌 0.9；

經(jīng)計(jì)算得：T=7.77 d，取 8 d。

4.3.3 單噴頭一次灌水所需時(shí)間

t=mbl/1 000 q.

式中：t——單噴頭一次灌水所需時(shí)間，h；

m——設(shè)計(jì)灌水定額，mm；

b——支管間距，m；

l——沿支管?chē)婎^的間距，m；

q——一個(gè)噴頭的流量，m3/h；

經(jīng)計(jì)算：t=3.8 h。

4.3.4 同時(shí)工作的噴頭數(shù)及支管數(shù)

計(jì)算方法如下：

N噴頭=（A×t）/（b×l×T設(shè)C）

=（11.5×15×667×3.8）/（24×18×8×12）=11個(gè)

式中：A——噴灌系統(tǒng)的面積m2；

C——一天中噴灌系統(tǒng)工作小時(shí)數(shù)，h；N噴頭——一根支管上的噴頭數(shù)，個(gè)。

4.4 管道設(shè)計(jì)及管網(wǎng)水力計(jì)算

根據(jù)噴灌系統(tǒng)的工作制度，確定管道流量指標(biāo)，并選擇管徑。

4.4.1 管道流量

支管流量根據(jù)下式計(jì)算:

式中：Q支——噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，m3/h；

qi——設(shè)計(jì)工作壓力下噴頭流量，m3/h；

n——同時(shí)工作的噴頭數(shù)，個(gè)；

故：Q支=5×3.86=19.3 m3/h.

該噴灌系統(tǒng)為兩條支管同時(shí)工作，故干管流量：

Q干=2Q支=38.6 m3/h.

4.4.2 管徑確定

管徑確定采用經(jīng)濟(jì)流速法。

對(duì)于支管管徑，可通過(guò)沿程水頭損失不超過(guò)工作壓力的20%來(lái)決定采用公式：

式中：d——管徑，mm；

Q——計(jì)算管段的設(shè)計(jì)流量，m3/h；

V——管道內(nèi)水的流速，干管取1.0 m/s，支管取1.3 m/s。

經(jīng)計(jì)算：干管d=105 mm，取商品管徑110 mm。支管d=72 mm，取商品管徑76 mm。

各級(jí)管道管件均采用金屬管件，干管末端設(shè)滲水井，設(shè)置排水閥門(mén)。干管與移動(dòng)支管聯(lián)接處采用專(zhuān)用給水栓（截閥體），可雙向使用。

4.4.3 水頭損失計(jì)算

選擇最不利點(diǎn)作為典型噴頭進(jìn)行水力計(jì)算。固定管道采用直徑110 mm的PE管，計(jì)算長(zhǎng)度為588 m；支管采用直徑75 mm薄壁鋁管，計(jì)算長(zhǎng)度為108 m。經(jīng)計(jì)算，水頭損失為2.86 m。移動(dòng)管道沿程水頭損失，由于支管為多出口同時(shí)工作，先按流量不變計(jì)算出全部管長(zhǎng)損失，再乘以相應(yīng)的系數(shù)即得移動(dòng)管道沿程水頭損失，噴灌系統(tǒng)水頭損失為34.29 m。

4.5 水泵選擇

噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大流量為：

Q=10×3.86=38.6（m3/h）.

機(jī)井動(dòng)水位120 m，機(jī)井泵的出水量45 m3/h，噴灌系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)揚(yáng)程為：120+34.29=154.29 m，由于噴灌部分通過(guò)機(jī)井抽水進(jìn)行蓄水噴灌灌溉，因此為滿足要求，需要配置管道泵。在噴灌區(qū)建兩座100 L蓄水池，因此需要配2臺(tái)管道泵。

在噴灌設(shè)計(jì)中，66.7 hm2育種田全部采用固定噴灌。對(duì)于固定噴灌，干管采用直徑110 mmPVC管，支管采用直徑90 mmPVC管。

5 效益評(píng)價(jià)

項(xiàng)目建成后，由于采用了較先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)并配置了有效的農(nóng)業(yè)節(jié)水措施，減少了作物的蒸騰蒸發(fā)，提高了灌溉水利用系數(shù)，減少了渠道占地，每公頃可節(jié)水1 500 m3，改善灌溉面積468 hm2。促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且為城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。