阿不都外力·艾乃吐拉

(吐魯番市高昌區(qū)水利局，新疆 吐魯番 838000)

水資源短缺是制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，為提高水資源利用率改善農(nóng)業(yè)發(fā)展條件，建設(shè)節(jié)水工程是十分必要的[1-2]。目前常用的節(jié)水灌溉方式包括：噴灌[3-4]、滴灌[5-6]、低壓管道[7-8]、滲灌等[9-10]。針對工程區(qū)特點(diǎn)合理選擇灌溉方式尤為重要。本文以吐魯番市高昌區(qū)1666.66 hm2高效節(jié)水項(xiàng)目為例，研究節(jié)水灌溉建設(shè)工程設(shè)計(jì)。

吐魯番市高昌區(qū)1666.66 hm2自治區(qū)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水項(xiàng)目覆蓋三堡鄉(xiāng)、二堡鄉(xiāng)、勝金鄉(xiāng)(木日吐克村貧困村)、亞爾鎮(zhèn)、艾丁湖鎮(zhèn)(瓊庫勒村貧困村)、葡萄鎮(zhèn)和葡萄街道管委會(huì)。項(xiàng)目區(qū)屬?zèng)_洪積傾斜平原，地勢比較平坦，一側(cè)略傾向于艾丁湖，地形坡度在 1.5%～2.0%。項(xiàng)目區(qū)灌溉面積為1666.66 hm2，農(nóng)作物均為葡萄。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀年均為常規(guī)灌溉，主要采用溝灌，田間灌溉定額大，耗水量大，嚴(yán)重浪費(fèi)水資源。

1 供需水平衡分析

項(xiàng)目建設(shè)前農(nóng)作物年用水量計(jì)算結(jié)果見表1。由計(jì)算結(jié)果可知項(xiàng)目建設(shè)前項(xiàng)目區(qū)葡萄種植面積1666.66 hm2。年凈需水量為1.675×107m3，年毛需水量為 2.234×107m3。

表1 各項(xiàng)目區(qū)年用水量 104 m3

項(xiàng)目區(qū)地下水開采方式主要為機(jī)電井，其可供水量主要根據(jù)地下水可開采量、引提水工程的能力以及用戶需水量確定，選取其中最小值。

現(xiàn)狀年項(xiàng)目區(qū)有 161 眼機(jī)電井，地下水可供水量為 2.279×107m3，項(xiàng)目區(qū)建設(shè)前地下水總需水量為 2.234×107m3，機(jī)電井實(shí)際供水量為 2.234×107m3。計(jì)算結(jié)果見表2。

設(shè)計(jì)水平年項(xiàng)目區(qū)利用 111眼機(jī)電井，地下水可供水量為 1.925×107m3。項(xiàng)目區(qū)建設(shè)后地下水總需水量為1.810×107m3，實(shí)際供水量為1.887×107m3。計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 建設(shè)前水資源平衡分析 104 m3

表3 建設(shè)后水資源平衡分析

項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀采用常規(guī)灌溉，灌溉定額達(dá)到了1.34×104m3/hm2；設(shè)計(jì)采用滴灌，1.13×104m3/hm2，節(jié)水量為0.21×104m3/hm2，年節(jié)水量為 346.8萬m3。

2 灌溉方式比選

高昌區(qū)常見的灌溉方式為低壓管道灌溉及滴灌。

項(xiàng)目區(qū)地塊較為整齊，風(fēng)大，且根據(jù)實(shí)地調(diào)查三堡鄉(xiāng)、二堡鄉(xiāng)、勝金鄉(xiāng)、亞爾鎮(zhèn)、葡萄鎮(zhèn)和葡萄街道管委會(huì)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)民對低壓管道的接受能力較滴灌高，故這些項(xiàng)目區(qū)為低壓管道。艾丁湖瓊庫勒和西然木村項(xiàng)目區(qū)農(nóng)民對滴灌的接受能力較高，故這兩項(xiàng)目區(qū)采用滴灌系統(tǒng)。

從管材的質(zhì)量，性能及安裝特點(diǎn)綜合考慮，本工程項(xiàng)目區(qū)干管均采用PVC 管材，管材規(guī)格主要采用 0.4 MPa，支管采用 PE 管，管材規(guī)格主要采用 0.4 MPa。

3 艾丁湖鎮(zhèn)瓊庫勒村高效節(jié)水建設(shè)工程設(shè)計(jì)

2019年高昌區(qū)高效節(jié)水灌溉工程艾丁湖鎮(zhèn)西然木村和瓊庫勒村設(shè)計(jì)為地下水滴灌工程，西然木村和瓊庫勒村灌溉面積分別為330.33 hm2和400.00 hm2，利用機(jī)電井43眼，其中西然木村利用機(jī)電井17眼，瓊庫勒村利用機(jī)電井26眼。本次典型設(shè)計(jì)以艾丁湖鎮(zhèn)瓊庫勒村為例進(jìn)行計(jì)算。

各系統(tǒng)需水量計(jì)算公式如式(1)。

Q= 10IaA/ηt

(1)

式中：Q為流量；Ia為供水強(qiáng)度；A為供水面積；t為日供水時(shí)長；η為灌溉水利用系數(shù)。

3.1 管網(wǎng)布置

(1)首部樞紐。布置在泵房內(nèi)，由潛水泵、離心+網(wǎng)式過濾器、逆止閥、控制閥、水表、壓力表組成。

(2)保護(hù)設(shè)備的設(shè)置。為使灌溉系統(tǒng)安全，在管路凸起處安裝進(jìn)氣閥，避免產(chǎn)生負(fù)壓，及時(shí)排氣，保障供水。

(3)干管、分干管的布置。為降低管道安裝和檢修難度，沿道路或林帶鋪設(shè)，采用承壓 0.4 MPa 的PVC 管。

(4)支管的布置。支管采用壓力等級(jí) 0.25 MPa，φ90PE管，垂直分干管安裝，采用專用管件連接。

(5)毛管布置。滴灌采用φ20 滴灌帶(平均行距1.5 m)，流量為3.0 L/h，間距為 0.3 m，每行葡萄鋪3條毛管。

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)及灌溉制度

3.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 滴灌鋪設(shè)示意圖

(2)設(shè)計(jì)保證率。滴灌灌溉設(shè)計(jì)保證率為 90%。

(3)計(jì)劃濕潤層深度為1.0 m。

(4)設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度按式(2)、(3)計(jì)算。

Ic=Kr×Ec

(2)

Kr=0.10+Gc

(3)

式中：Ic為作物耗水強(qiáng)度；Kr為作物的遮蔭率對耗水量的修正系數(shù)；Gc為作物遮蔭率；Ec為作物需水量。

經(jīng)計(jì)算得Ic=7.8 mm/d。

3.2.2 灌水器選取

針對目前對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度不夠的情況，要求新時(shí)期對實(shí)驗(yàn)引起重視。一方面，教師在教學(xué)的過程中，要對實(shí)驗(yàn)教學(xué)引起足夠的重視。教師作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，只有教師在思想上引起了重視，才能在教學(xué)的過程中合理的分配實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間，并且積極的將有助于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的方法運(yùn)用于課堂教學(xué)，進(jìn)而收到良好的教學(xué)效果。另一方面，教師也要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的重要性，更好的激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生將更多的時(shí)間與精力用于實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

本次設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)，毛管順行布置，滴頭間距0.5 m，采用內(nèi)鑲式滴灌帶，規(guī)格為φ20×300×3.0 L/H，工作壓力為 0.05～0.10MPa，允許鋪設(shè)長度 75 m，實(shí)際最大鋪設(shè)長度為 60 m。毛管詳細(xì)參數(shù)見表4。

3.2.3 土壤濕潤比與設(shè)計(jì)凈灌水定額

滴灌系統(tǒng)毛管布置方式為三行毛管直線布置，其滴頭間距Se=0.5 m，毛管間的窄間距 0.5 m，毛管間的寬間距 5.0 m。土壤濕潤比按式(4)計(jì)算：

Pw=(P1×S1+P2×S2)/Sr

(4)

式中：Pw為濕潤比；P1為與S1相對應(yīng)的土壤濕潤比；P2為根據(jù)S2查表所得土壤濕潤比；S1、S2為毛管的窄、寬間距；Sr為葡萄行距。

表4 毛管參數(shù)

經(jīng)計(jì)算：Pw=42.2%。

葡萄的微灌設(shè)計(jì)土壤濕潤比在30%～50%范圍內(nèi)，本項(xiàng)目區(qū)土壤濕潤比取42.2%。

m=0.1·γ·z·p(θmax-θmin)

(5)

式中：m為設(shè)計(jì)凈灌水定額；z為計(jì)劃濕潤土層深度；γ為土壤容重；p為設(shè)計(jì)土壤濕潤比；θmax、θmin分別為適宜土壤含水率上限、下限。

將數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得出灌水定額m=44.6 mm。

3.2.4 灌溉時(shí)間及制度制定

設(shè)計(jì)灌水時(shí)間t計(jì)算方法如式(6)。

(6)

式中：m為設(shè)計(jì)凈灌水定額；Sr、St分別為植物行距、株距；qd為滴頭流量；ns為單株葡萄灌水器數(shù)量；η為灌溉水利用系數(shù)，取η=0.9。

一次灌水延續(xù)時(shí)間t=7.4 h，取7 h。

灌水周期T應(yīng)滿足以下條件：

(7)

式中：Tmax為最大灌水周期；mmax為最大灌水定額；Ia為補(bǔ)充灌水強(qiáng)度。

通過計(jì)算Tmax=5.7 d，取灌水周期為 5 d。

采用輪灌方式可提高設(shè)備利用率，從而降低工程投資，增大灌溉面積。干管可分為若干組，輪流向分干管輸水，分干管向各支管供水，支管向毛管輸水。最大輪灌組數(shù)應(yīng)符合以下條件。

N≤Nmax=CT/t

(8)

式中：N為輪灌區(qū)數(shù)目；C為滴灌日運(yùn)行時(shí)間；T為灌水周期；t為單次灌水時(shí)長。

由基本資料確定，C=20 h，T=5 d，t=7 h，則將數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得：設(shè)計(jì)輪灌組數(shù)為 13 組。

4 結(jié) 論

以吐魯番高昌區(qū)節(jié)水灌溉項(xiàng)目為例，通過調(diào)查分析，節(jié)水改造后，1666.66 hm2農(nóng)田年節(jié)水量高達(dá)346.8 萬m3，區(qū)域內(nèi)地下水和機(jī)電井水可滿足灌溉用水需求。結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，高昌區(qū)節(jié)水灌溉工程采用低壓管道+滴灌相結(jié)合的灌溉方式。結(jié)合葡萄種植特點(diǎn)，選擇PVC 管材作為輸水管道，設(shè)計(jì)單次灌溉時(shí)長為7 h，灌水周期為5 d。