曹晨華，崔曉陽

(1. 牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江157000;2. 牡丹江市城區(qū)水土保持辦公室，黑龍江 牡丹江157000)

1 工程項目概況

牡丹江市愛民區(qū)北安鄉(xiāng)黑木耳節(jié)水灌溉工程位于牡丹江市西北側，牡丹江一級支流三岔河中游河谷地帶。項目區(qū)距牡丹江市區(qū)25 km。

工程建設內容為建設黑木耳露地微灌36 hm2，由水源工程、田間微噴灌工程、輸配電工程組成。水源工程全部采用大口井，共12 眼，出水量15 m3/h; 田間微噴灌工程管道系統(tǒng)布置分為干、支、毛管。干、支、毛管布置都在地面，毛管上安裝微噴頭。輸配電線路4 km。

2 水資源評價及供需平衡分析

2.1 水資源概況

項目區(qū)內主要河流為三岔河，三岔河全長29 km，流域總面積為221.36 km2，該流域多年平均徑流深150 mm，多年平均徑流量可達3 321 萬m3，項目區(qū)地表水量較豐富，只是年內分配不均，在農作物生長期的4—7月，三岔河水量滿足不了大地生產灌溉的需要，需補充水源解決農作物生長期灌溉用水的需要。

根據牡丹江市水務科學研究院1999年《牡丹江市三道關鄉(xiāng)三岔河水庫初步設計報告》，項目區(qū)位置以上三岔河控制面積89 km2，多年平均徑流量為1 335 萬m3，設計保證率P=80%時徑流量為662 萬m3。

2.1.1 水資源總量

全區(qū)多年平均地表水資源量為1.74 億m3/a，地下水多年平均補給量為2 930 萬m3/a，可開采量為2 010 萬m3/a。補給模數14.33 萬m3/km2·a

2.1.2 水資源開發(fā)利用現狀

牡丹江市城區(qū)2006年全區(qū)總用水量4.91 億m3，其中地表水為4.858 億m3，地下水為500 萬，在總用水量中，農業(yè)用水量為2 960 萬m3。

從水資源總量和已開發(fā)利用現狀實際分析，牡丹江來水量51.9 億m3，全區(qū)開發(fā)利用量5.8 億m3，尚有89%的水資源量沒有開發(fā)利用，為項目區(qū)灌溉提供了充足的水資源保證。

2.2 供需平衡分區(qū)

項目區(qū)所規(guī)劃的黑木耳節(jié)水灌溉項目灌溉水源為同一條自然河流，土地連片集中，故水資源平衡應做為一個區(qū)域進行平衡。

2.3 水量供需平衡分析

根據項目區(qū)開發(fā)任務，確定黑木耳節(jié)水灌溉項目節(jié)水灌溉面積36 hm2。

經計算項目區(qū)年用水量為33.75 萬m3，僅占三岔河年來水總量(662 萬m3) 的5.1%，因此年來水總水量滿足用水要求，只是年內分配不均，在黑木耳生長的4—7月份缺水。建議利用地下水作為配套水源來滿足黑木耳節(jié)水灌溉項目用水。

3 典型工程設計

根據項目區(qū)氣候、水資源、地塊形狀、作物種植、耕作方向、水源位置等，選擇節(jié)水灌溉模式為露地微灌，微灌作物為黑木耳。選取典型工程位于愛民區(qū)北安鄉(xiāng)三道關村二組沿三岔河北岸的灘地上，共12 hm2。

3.1 微噴灌系統(tǒng)典型設計

3.1.1 微噴灌首部樞紐設計

該典型設計規(guī)劃4 眼大口井，根據地質條件確定大口井深9.5 m，直徑2.2 m，出水量15 m3/h以上。全部采用微噴灌方式灌溉黑木耳，每眼井成一個單獨的灌溉系統(tǒng)，首部樞紐系統(tǒng)一套，其中包括過濾器、壓力表、止回閥等各1 只?？紤]微噴灌水源是地下水水質較好，但也需要過濾，選取的過濾器為篩網式過濾器，篩網過濾器規(guī)格為WS－160 ×50，數量1套，每只流量為5 ～20m3/h，查性能曲線可知，當流量為15 m3/h，水頭損失為3.5m。在過濾器出水管后面安裝出水管，將水輸送入干管進行灌溉。

3.1.2 微噴頭及支管布置形式

根據木耳的種類，微噴灌區(qū)的木耳畦的大小等條件，以及微噴灌的田間組合情況和運行方式，確定噴頭的噴嘴直徑和噴頭工作壓力，選用噴頭型號。微噴頭采用S－0055 型旋轉式微噴頭，性能見表1。

選用q =0.12 m3/h 的噴頭，該噴頭霧化指標能滿足木耳的用水要求。該區(qū)土壤為砂壤土，允許噴灌強度ρ =8mm/h。根據該區(qū)的風力、風向狀況，按照風速小于3.4 m/s的情況制定設計方案。采用全園噴灑、三角形組合，組合間距a =4 m，b =4.6m，支管垂直哇向布設，毛管平行畦向布置。

表1 噴頭性能表

當a =4 m，b =4.6 m，設計ρ =5.46 mm/h，滿足土壤允許條件。

為提高管道的利用率，降低設備投資，采取輪灌的方式進行灌溉。采用閘閥控制進行輪灌，灌完后再開啟下一組閘閥，進行下一區(qū)片的灌溉。

本設計采用4.6 m間距( 設計風速內) 布置，能滿足均勻系數Cu≥75%要求。

3.1.3 管道系統(tǒng)設計

1) 管材與管徑的選擇。根據目前市場現有規(guī)格，干管選用D75PE 管，支管選用D63PE 管，毛管選用D25PE 管。

2) 管道系統(tǒng)的平面布置。根據畦向，干管平行畦向布置，支管垂直畦向布置，毛管平行畦向布置。根據當地多年種植黑木耳的經驗和實際情況，確定畦高0.15 m，長60 m，寬2 m，兩塊畦之間距0.6 m。兩塊畦之間布置一條毛管，每眼大口井控制面積30 hm2，井布置在地中間，采取輪灌的灌溉方式。干管一條，長120 m，在干管上布置4 條支管，長80.5 m，總長322 m。在支管上布置毛管長60 m，在支管入口處2.3 m布置第1 條毛管，以后沿支管每隔4.6 m布置一條毛管，每條支管共計布置36 條毛管( 兩側布置毛管，每側18 條) ，毛管總長78 278 m;在毛管入口處2 m布置第1 只微噴頭，以后沿毛管每隔4 m布置一只微噴頭，每條毛管共計布置15 只微噴頭。

支管布設的是否合理，可用同一支管上任意兩噴頭間的工作壓力差應在設計噴頭工作壓力的20%以內進行校核，用公式表示為:

3) 管道系統(tǒng)的布置。管道系統(tǒng)布置分為干、支、毛管，干、支、毛管布置都在地面，毛管上安裝微噴頭。干管、支管、毛管聯接用管件聯接。干、支、毛管全部安裝閘閥控制灌溉。

4) 毛管長度。由以下公式確定:

式中: Nm為毛管允許最大灌水器數目; d 為毛管內徑，mm; k為毛管局部阻力損失加大系數，1.2 ～1.25; qd為－噴頭流量，l/h; s 為毛管上灌水器間距，m; hd為滴頭工作壓力水頭，m; hv為灌水單元內允許灌水器工作水頭變差率; Lm為毛管允許最大長度，m; s0為毛管進口至第一個灌水器的距離，m。通過計算得: Nm=15; Lm=87 m。取毛管長度60 m，作為設計長度。

3.1.4 管道的水力計算

1) 干管沿程水頭損失計算公式為:

式中: hf為沿程水頭損失，m; f 為沿程摩擦系數; L 為管道長度，L =265m; Q 為流量，Q =15.2 m3/h; d 為管道內徑，d =75 mm;通過計算: hf=3.5。

支管沿程水頭損失:選取對系統(tǒng)最不利的支管計算沿程水頭損失，最不利的支管長L1=140 m( d =63 mm) ，通過計算: hf=13.4 m。

對于多毛管分支管的沿程水頭損失'計算公式為:

多口系數F =0.376

通過計算: hf=5.1 m

2) 管道的局部水頭損失的計算公式為:

選取局部水頭損失為沿程水頭損的10%，作為設計的沿程水頭，則局部水頭損失: ∑hj=4.9 m( 其中包括過濾器水頭損失)

3) 微噴灌系統(tǒng)設計揚程的計算公式為:

式中: H 為系統(tǒng)設計揚程，m; H0為最不利輪灌組所要求干管進口工作壓力，m; △Hj－為干管進口至水源的水頭損失，m;Zd為干管進口處的地面高程，m; Zsp為水源動水位，m; 根據現有大口井地下水位情況，井動水位深4 m左右。通過計算:H =22.6 m

3.1.5 水泵與動力機選配

通過以上計算: 得知Q =15 m3/h，H =22.6 m，根據設計揚程及流量選擇大口井潛水泵，型號為150QJ20－40/6－4，其配套功率為4 kW。該水泵流量20/h，揚程40 m，水泵滿足設計要求。

3.1.6 微噴灌工作制度

1) 每日工作制度的確定，根據木耳生長規(guī)律要求，一般灌水時間為上午4—9 時，下午5—10 時，共計10 h。

2) 輪灌方式及分組，根據地塊形狀，系統(tǒng)壓力情況，微噴灌管工作條數等條件確定輪灌編組。每次灌溉8 條毛管，上午和下午各灌水時間0.5 h。

4 結 論

該節(jié)水灌溉項目區(qū)的建成后，將使36 hm2黑木耳田在節(jié)水灌溉措施和先進農藝措施的綜合作用下，成為高產、優(yōu)質、高效農田。同時，與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，年畝均節(jié)水180 m3/666.7 hm2，則 本 項 目年 可 節(jié) 水9.72 萬m3，節(jié) 能2.18 萬kW·h，節(jié)約電費1.64 萬元。工程達到設計能力時，在農業(yè)技術措施相同的情況下，每年可增加黑木耳產量32 400 kg，新增產值為162 萬元。

［1］牡丹江市水利勘測設計研究院. 牡丹江市三道關鄉(xiāng)三岔河水庫初步設計報告［R］. 牡丹江: 牡丹江市水利勘測設計研究院，1999.

［2］鄭耀泉，劉嬰谷，金宏智. 噴灌微噴設備使用與維修［M］. 北京:中國農業(yè)出版社，2000.