陳 晨

（榆陽區(qū)佳蘆河世行貸款項目辦公室，陜西 榆林 719000）

1 項目區(qū)概況

榆林市榆陽區(qū)2015 度小型農(nóng)田水利重點縣項目區(qū)總土地面積68.45 萬畝，位于榆陽區(qū)北部風(fēng)沙草灘區(qū)，地貌類型以半月形固定、半固定沙丘為主，期間分布有大小灘地，經(jīng)過多年改良，形成5.52 萬畝耕地。涉及馬合鎮(zhèn)、小紀汗鎮(zhèn)、孟家灣鄉(xiāng)、小壕兔鄉(xiāng)、巴拉素鎮(zhèn)、紅石橋鄉(xiāng)共6 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、15 個行政村。

區(qū)內(nèi)耕地屬于純井灌區(qū)，主要依靠機井和多管井進行灌溉。現(xiàn)有灌溉水源井264 眼。其中，機井50 眼、多管井214 眼，年供水總能力849.07 萬m3，耕地灌溉以砂質(zhì)渠道和低標(biāo)準漿砌磚渠道為主。由于田間渠道襯砌率不足50%，大田以漫灌為主，灌溉水利用系數(shù)僅為0.55，灌溉水利用率極低，造成水資源的極大浪費。另外多年來由于歲修資金投入不足和管理落后，現(xiàn)灌溉水源井中有214 眼多管井抽水設(shè)備破損嚴重，嚴重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。

2 農(nóng)田水利工程中高效節(jié)水灌溉改造方法

為改善現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，項目區(qū)進行節(jié)水增效工程改造。規(guī)劃改善灌溉面積2.48 萬畝，灌溉方式為低壓管道輸水灌溉和機組式噴灌，灌水定額均為30 m3/畝，灌水周期為7 天一次。其中，低壓管道輸水灌溉面積1.87 萬畝，機組式噴灌面積0.61 萬畝。按灌溉形式不同選取典型地塊進行設(shè)計。

2.1 低壓管道輸水灌溉工程設(shè)計

低壓管道輸水灌溉工程選擇小紀汗鎮(zhèn)大紀汗村片區(qū)進行設(shè)計,面積0.52 萬畝，以大紀汗村3 組4 號多管井為計算單元，計算單元灌溉水源為18 束吸水管6 吋多管井，井深18 m，出水量為60 m3/h?？刂乒喔让娣e133.21 畝。

2.1.1 灌溉流量

單井控制灌溉面積按式（1）計算。

式中：F0為單井控制灌溉面積，畝；Q 為單井出水量，取60 m3/h；T 為輪灌一次所需要的時間，取7 d；t 為一灌溉期每天開機時間，取 14 h/d；η 為灌溉水利用系數(shù) 0.80；η1為干擾抽水的水量削減系數(shù)0.1；m 為凈灌水定額，取30 m3/畝。

經(jīng)計算：F0=141.12 畝。項目區(qū)計算單元有現(xiàn)狀多管井1眼，滿足該輸水灌溉系統(tǒng)的灌溉要求。由以上計算可知，水源井出水量可以滿足灌溉用水需求，此井灌區(qū)低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)根據(jù)多管井自成系統(tǒng)。

2.1.2 供水管網(wǎng)布設(shè)

每眼多管井都配有1 套完整的提水裝置和輸配水管網(wǎng)，灌溉季節(jié)各多管井獨立工作。由于項目區(qū)耕地畦塊面積較小、畦長較短，低壓輸水管道只設(shè)有干管1 級系統(tǒng)，呈“工”字形布設(shè)，不設(shè)支管，輸水干管間隔20 m 布設(shè)1 個出水栓，共布設(shè)出水栓32 個。灌溉時一般采用集中輪灌，從多管井取水，，通過暗管輸水至田間出水栓后進行灌溉，每次只打開1 個出水栓進行灌溉。為了便于管理檢修，多管井出水管與輸水暗管連接處、管道分支處均設(shè)控制閥井。

管道選用PVC 管材，根據(jù)水源井的出流量，初步擬定管道流速為1.1 m/s，采用式（2）計算初選管徑。

式中：d 為管道內(nèi)徑，mm；Q 氣溫設(shè)計流量，取 60 m3/h；v 氣溫管內(nèi)設(shè)計流速，取1.1 m/s。

經(jīng)計算，取外徑160 mm 的PVC 管，壁厚4 mm。但是考慮到項目區(qū)為砂質(zhì)土壤，土體承壓能力較差，為防止農(nóng)業(yè)耕作機械行走或意外性地面承壓對輸水管道的破壞，此次設(shè)計對PVC管材公稱壓力提高1 個等級配置，最終確定Φ160 PVC 管材公稱壓力值為0.6 MPa。

2.1.3 機泵的確定

灌溉系統(tǒng)水泵的設(shè)計揚程，按照式（3）計算。

式中：Hp為灌溉系統(tǒng)水泵的設(shè)計揚程，m；H0為管道系統(tǒng)設(shè)計工作水頭，為輸水管水頭損失和最后一個出水栓的工作水頭1.00 m的之和（田間高差為 0），即 H0=h損+h出=1.74 m+1.00 m=2.74 m；Z0為管道系統(tǒng)進口高程，為1173.05 m；Zd為機井動水位，為1158.47m；Σhf,0為水泵吸水管進口至管道系統(tǒng)進口之間的沿程水頭損失，多管井使用離心泵抽水，故沿程水頭損失忽略不計；Σhj,0為水泵吸水管進口至管道系統(tǒng)進口之間的局部水頭損失，多管井使用離心泵抽水，所以沿程水頭損失忽略不計。

經(jīng)計算，水泵設(shè)計總揚程Hp=17.32 m。故確定水泵型號為BJ50 型，揚程18 m，配套動力機功率為7.5 kW。

2.2 機組式噴灌工程設(shè)計

選擇紅石橋鄉(xiāng)馬路灣片區(qū)為典型進行設(shè)計。面積0.23 萬畝，灌溉水源為機井，共5 眼，井深120 m，出水量為32 m3/h。最不利管線（水源井向蓄水池輸水管線長252 m）的水源井地面高程為1170.69 m、靜水位高程為1149.61 m、動水位高程為1139.81 m。

選擇馬路灣村1 號噴灌機（R=350 m）為計算單元，噴灌機覆蓋半徑350 m，一個工作圓周灌溉面積577 畝。灌溉工作時，由操作人按照噴灌機操作規(guī)程在控制器面板中輸入灌水定額值后，噴灌機自動工作，在7 天灌水周期內(nèi)完成覆蓋面積內(nèi)噴灑灌溉。

2.2.1 輸水管網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)灌溉面積需求，1 臺噴灌機由5 眼水源井供水。沿噴灌機四周輻射狀布設(shè)4 眼機井，中心布設(shè)1 眼，通過井用潛水泵出口后輸水管道向中心調(diào)節(jié)蓄水池供水。井用潛水泵出水口后采用長度80 m 的DN80 mm 鋼管作為提水管（方便固定井用潛水泵），出井口后至蓄水池間的輸水管選用PVC管材。

根據(jù)水源井的出流量，初步擬定出井口后至蓄水池間的PVC 輸水管管道流速為1.25 m/s，采用式（2）計算初選管徑。其中：Q=32 m3/h，v=1.25 m/s。經(jīng)計算，取外徑 110 mm 的 PVC 管。本機組共布設(shè)5 條PVC 管，長度分別為25 m、205 m、222 m、238 m、252 m。并考慮到項目區(qū)為砂質(zhì)土壤，土體承壓能力較差，為了防止農(nóng)業(yè)耕作機械行走或意外性地面承壓對輸水管道的破壞，最終確定φ110 PVC 管材公稱壓力值為0.32 MPa，壁厚2.7 mm。

2.2.2 水源井水泵的確定

水源井水泵的揚程，按照式（3）計算。其中：輸水管水頭損失和水泵降深30.00 m、管道出水口工作水頭1.00 m 的之和（地面高差為0），故H0=33.83 m；Z0=1170.69 m；Zd=1109.80 m；Σhf,0=7.13 m；Σhj,0=0.71 m。經(jīng)計算，水泵設(shè)計總揚程Hp=102.56 m。故水泵選型為200QJ32-104，揚程104 m，配套電機功率為15 kW。本典型設(shè)計單元共配置200QJ32-104 水泵5臺，每眼水源井1 臺。

2.2.3 中心調(diào)節(jié)蓄水池的確定

（1）容積計算

采用5 眼井（4 眼工作，1 眼備用）聯(lián)合作為一臺噴灌機的水源，選取的E2045-G（R350）中心支軸式圓形電動噴灌機，額定流量為135 m3/h，日噴灌時間為18 h，則日需水量為2520 m3。并在蓄水池潛水泵后管道上安裝120 目鋼制網(wǎng)式過濾器1 臺，提高噴灌機水質(zhì)，防止噴灌機噴頭堵塞。

由于水源的最小日來水量能滿足噴灌機最大用水量，而來水流量小于用水流量，所以按日調(diào)節(jié)確定蓄水容積，根據(jù)下式計算：

式中：V 為調(diào)節(jié)蓄水池容積，m3；Q用為作物需水臨界期用水量，為135 m3/h；Q來為水泵給水量，為128 m3/h；t 為作物需水臨界期日噴灌時間，最小取18 h；K 為安全系數(shù)，考慮蓄水時因蒸發(fā)和滲漏的損失，取1.15。

經(jīng)計算，V=145（m3/h）。因此調(diào)節(jié)蓄水池的容積取150 m3。

（2）結(jié)構(gòu)

每臺噴灌機配備1 座圓形斷面蓄水池，容積150 m3，池深3.5 m，直徑7.8 m，C20 鋼筋混凝土現(xiàn)澆，底板厚25 cm，壁厚25 cm，水墜砂基礎(chǔ)，上墊碎石厚50 cm，壓實系數(shù)達到0.97，灰土層上澆筑10 cm 厚C15 混凝土墊層，雙層網(wǎng)狀配筋。

3 榆陽區(qū)2015 度小型農(nóng)田水利重點縣項目區(qū)改造結(jié)果

（1）項目區(qū)前期典型地塊的設(shè)計實驗為后續(xù)項目的全面成功改造奠定了基礎(chǔ)。整個改造工程歷時（2016 年3 月～2016 年7 月）5 個月。

（2）改造多管井214 眼，田間出水栓5699 個、蓄水池 11座、潛水泵11 臺、中心支軸圓形噴灌機11 臺（單臺控制灌溉面積 92 畝 ～891 畝）。

（3）項目區(qū)未改造前（2014 年）供水能力為 849.07 萬 m3，農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水需水總量844.58 萬m3，富余量4.50 萬m3。改造后農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水需水總量403.94 萬m3，富余量445.13 萬m3，完全滿足項目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水需求。項目實施后，年可節(jié)約水資源440.63 萬m3，灌溉水利用系數(shù)由0.65 提高到0.8。

4 結(jié)論

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然。榆林市榆陽區(qū)通過發(fā)展高效節(jié)水灌溉項目，必將推動全區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，對加快農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進全區(qū)農(nóng)業(yè)再上一個新臺階起到重要作用，對從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，具有十分重要的意義。