趙振忠

（山西水務(wù)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司,山西 太原 030000）

0 引言

在實施退耕還林還草的大背景下，解決畜草矛盾和生態(tài)環(huán)境惡化的主要措施是發(fā)展高產(chǎn)穩(wěn)定的人工牧草地，對人工草地采取適宜灌溉方式是提高牧草產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1]。節(jié)水灌溉是以最低限度的水量獲得最大的產(chǎn)量或收益，通過節(jié)水灌溉農(nóng)作物及時得到生長所需水分，提高灌溉保證率，有效促進(jìn)作物增產(chǎn)增收。為了恢復(fù)地下水位和河道生態(tài)功能，完善永定河生態(tài)修復(fù)規(guī)劃，山陰縣開展了農(nóng)業(yè)節(jié)水和生態(tài)用水保障方案，配置實施牧草地高效節(jié)水灌溉工程1.92 萬畝。分類設(shè)計各地塊適宜的節(jié)水灌溉模式，以優(yōu)化灌區(qū)灌溉方式，遏制當(dāng)?shù)氐叵滤涩F(xiàn)狀，提升水源涵養(yǎng)能力。

1 工程概況

山陰縣農(nóng)牧交錯帶桑干河灌區(qū)高效節(jié)水灌溉工程面積1.92 萬畝，涉及山陰縣6 個鄉(xiāng)。項目區(qū)水源為地下水及桑干河水，按水源劃分，項目區(qū)可分為井灌部分和河灌部分。

井灌部分充分利用項目區(qū)內(nèi)及周邊現(xiàn)有水源井，將凈水通過管道匯入新建蓄水池，在蓄水池邊設(shè)置加壓泵站加壓后輸水至噴灌設(shè)施；河灌部分，灌溉水源是桑干河水。對于總干渠邊灌區(qū)，直接從干渠取水，通過加壓泵站對噴灌設(shè)施供水。對于支斗渠將水引入蓄水池，通過泵站出水管配置離心式過濾器輸水至噴灌設(shè)施。

2 節(jié)水灌溉模式

項目區(qū)屬于桑干河灌區(qū)，灌溉型式基本采用渠道輸水灌溉，最末一級為斗渠，田間仍為大水漫灌，灌溉水利用系數(shù)低，因此，急需配套節(jié)水灌溉措施。通過高效節(jié)水改造，遏制地下水超采，提升水源涵養(yǎng)能力，減少灌溉過程中的勞動力配置。節(jié)水灌溉方式主要包括渠道防滲、管道輸水、噴灌、微灌等。

2.1 灌溉方式選擇

比較各種節(jié)水灌溉措施，大中型噴灌機(jī)組具有機(jī)械化、自動化程度高特點(diǎn)，適宜于本項目區(qū)大面積牧草種植。中心支軸式噴灌機(jī)和平移式噴灌機(jī)優(yōu)點(diǎn)明顯，當(dāng)?shù)厝罕娪袘?yīng)用中心支軸式噴灌機(jī)經(jīng)驗，積極性較高。同時項目區(qū)有部分較規(guī)整的矩形地塊，采用平移式噴灌機(jī)可充分發(fā)揮平移機(jī)效益。卷盤式噴灌機(jī)具有機(jī)動靈活，適應(yīng)大小田塊，不受地塊中障礙物限制，操作簡單、機(jī)械化程度高等特點(diǎn)。

綜上所述，項目區(qū)噴灌機(jī)械應(yīng)因地制宜的選擇，對于面積較大且較為方正的地塊，以中心支軸式噴灌機(jī)為主；對于較為規(guī)整狹長的矩形地塊，以平移式噴灌機(jī)為主；對梯田及地塊不平整的地塊，以全固定管道式噴灌為主，同時對各不規(guī)則地塊或地角輔以卷盤式噴灌機(jī)進(jìn)行補(bǔ)灌。

2.2 典型地塊布置

項目區(qū)牧草基地噴灌面積1.92 萬畝，根據(jù)灌區(qū)各地塊大小、形狀、田間道路及建筑物和林帶等確定噴灌機(jī)上管道線路、間距、長度、噴頭類型、噴灑半徑及合理的布設(shè)方式。

2.2.1 中心支軸式噴灌機(jī)設(shè)計

該片區(qū)共配套噴灌設(shè)施5400 畝，牧草基地共有水井22眼，出水量均為32 m3/h。水源通過管道輸水至田間蓄水池，經(jīng)田間加壓泵站加壓至噴灌機(jī)實施噴灌，田間配置中心支軸式噴灌機(jī)、輔助卷盤式噴灌機(jī)。

中心支軸式噴灌機(jī)中心支座布設(shè)在地塊中央，噴灑支管固定在多個塔架車上，并繞中心支軸旋轉(zhuǎn)噴灑灌溉；卷盤式噴灌機(jī)，連接支管上布置的給水栓即可進(jìn)行噴灑灌溉，給水栓間距不小于50 m，給水栓采用鑄鐵型。

機(jī)組灌溉系統(tǒng)由兩部分組成:供水系統(tǒng)和灌水系統(tǒng)，將整個噴灌機(jī)組視為灌水器，中心支軸式噴灌機(jī)進(jìn)口工作壓力為0.25 MPa 左右，卷盤式噴灌機(jī)（自帶加壓泵）進(jìn)口工作壓力為0.2 MPa～0.7 MPa。供水系統(tǒng)由機(jī)井輸水至蓄水池，灌水系統(tǒng)則從蓄水池抽水、加壓至噴灌機(jī),通過管道、機(jī)組、噴頭實施噴灌。

供水管道及灌水管道均埋設(shè)于地下，埋深1.5 m。輸水管道原則上沿田間道路、地塊邊布設(shè)，管道首部均設(shè)置有控制閥井，末段設(shè)置泄水閥井，管道起伏及管道較長線路上還設(shè)置有排氣閥井。輸水管道及管件均采用優(yōu)質(zhì)的PVC 材料。

（1）設(shè)計噴灌均勻系數(shù)

設(shè)計噴灌均勻系數(shù)不應(yīng)小于0.85。以噴灌機(jī)末端噴灌強(qiáng)度為控制數(shù)值，允許噴灌機(jī)末端土壤表面積水，但不宜產(chǎn)生徑流。

（2）設(shè)計灌溉制度

項目區(qū)牧草綜合灌溉凈定額為80 m3/畝，灌溉水利用數(shù)為0.80，作物生育期灌水次數(shù)為4 次，灌水定額20 m3/畝，灌水天數(shù)10 d。

（3）灌溉方式

項目區(qū)各片中心支軸式噴灌機(jī)灌溉方式采用續(xù)灌或分組輪管。根據(jù)現(xiàn)有水源井及引水渠道可供水流量，結(jié)合噴灌機(jī)組分布情況，在一個灌水周期合理分配水資源，采用續(xù)灌或分組輪管的方式確保完成整個片區(qū)的灌溉。

2.2.2 平移式噴灌區(qū)設(shè)計

田間噴灌工程中狹長規(guī)整的地塊采用平移式噴灌機(jī)。平移式噴灌機(jī)的供水方式有渠道供水和拖管供水兩種。

渠道供水：如項目區(qū)有地表水比如河流、現(xiàn)有水渠，可以直接加以利用，若沒有也可以開挖修建水渠，渠道需水量施工需根據(jù)設(shè)備需水量設(shè)計，一般采用混凝土澆筑或土工布鋪底防止?jié)B漏，設(shè)備配備自動吸水裝置進(jìn)行過濾。

拖管供水：拖管采用PE100 或涂塑軟管，根據(jù)噴灌機(jī)出水量確定管徑，結(jié)合灌溉土地實際情況設(shè)定出水口距離，一般為150 m 左右配置一個出水口，出水口配置快速接頭，可以方便接入。

經(jīng)綜合比選，并結(jié)合廠家供貨情況及當(dāng)?shù)貙嶋H地形、合作社使用意愿等情況，選用卷盤式平移噴灌機(jī)。該型號噴灌機(jī)自帶卷盤收放供水管，并通過加壓泵站直接對其供水。

2.2.3 卷盤式噴灌機(jī)設(shè)計

根據(jù)項目區(qū)牧草設(shè)計灌溉制度，計算卷盤式噴灌機(jī)灌溉周期內(nèi)灌溉面積。

（1）單位時間灌溉面積：

式中：A1為單位時間灌溉面積，畝/h；q 為設(shè)計流量，取32 m3/h；η 為灌溉水利用系數(shù)，0.8；m 為設(shè)計灌水定額，15 m3/畝。

（2）每日灌溉面積：

式中：A2為每日灌溉面積，畝；T 為系統(tǒng)每日工作時間，h。

（3）灌溉周期內(nèi)灌溉面積：

式中：A3為灌溉周期內(nèi)灌溉面積，畝；T 為灌溉周期(一次灌水延續(xù)時間)，10 d。

根據(jù)上述計算結(jié)果，結(jié)合卷盤式噴灌機(jī)市場使用情況，最終選用JP75-300 卷盤式噴灌機(jī)。

卷盤式噴灌機(jī)設(shè)計技術(shù)參數(shù)：有效噴灑長度≤300 m，有效噴酒幅寬500 m，單次單邊作業(yè)控制面；噴頭流量為30 m3/h；噴頭射程35 m；噴頭工作壓力0.38 MPa～0.7 MPa；噴灌強(qiáng)度6 mm/h。

2.2.4 全固定式噴管設(shè)計

根據(jù)田間灌溉方式及地形條件，東雙山灌溉片區(qū)位于坡地上，現(xiàn)狀地形條件為梯田，且地塊起伏不平，在該片區(qū)選用全固定管道式噴灌的方式進(jìn)行灌溉。從該片區(qū)西北角高地的2 萬m3蓄水池取水向低片區(qū)供水，共布設(shè)2 條出水總管向田間管道供水，靠自然地形高差滿足噴灌設(shè)施壓力需求，管道首段安裝有過濾器。

全固定管道式噴灌管網(wǎng)系統(tǒng)由地埋干管、支管以及配套附件組成，噴頭系統(tǒng)由出地立管、豎管、噴頭及支架組成。

管網(wǎng)系統(tǒng)由地埋干管、支管以及配套附件組成，均埋設(shè)于地下。田間干管沿道路、地塊邊或地塊中央布設(shè)，支管垂直干管布設(shè)。干管1 長610 m，管徑DN200；末端接分干管1、分干管2，管徑均為DN125，總長1569 m。干管2 長1426 m，管徑DN125；干管2、分干管1、分干管2 沿地塊邊或地塊中央布置，總長2995 m。支管垂直干管布置，支管方向與耕作方向一致，間距18 m 左右，共100 根，單根長度隨地塊由200 m～370 m 不等，管徑de90～de110，總長26150 m。

噴頭系統(tǒng)由出地立管、豎管、噴頭及支架組成。支管上設(shè)出地立管及給水方便體，共1500 套；方便體接豎管及噴頭，間距18 m 左右，豎管、噴頭及支架為及插及拔移動式，同時工作噴頭數(shù)為45～50 個，備用1 套。每根分干管始端設(shè)置控制閥共54座，末段設(shè)泄水排空井4 座。根據(jù)需要還設(shè)置排氣閥井4 座、流量計井2 座、減壓井3 座。

干管、支管根據(jù)當(dāng)?shù)刈畲髢鐾辽疃嚷裨诘孛嬉韵?.5 m。豎管出露地面高度按1.5 m 考慮，采用DN25 鍍鋅鋼管。豎管頂部安設(shè)噴頭，噴頭間距18 m 左右，噴頭型號ZY-2，設(shè)計流量2.3 m/h，噴射半徑18m，采用全圓噴酒。豎管及噴頭采用支架固定在地面上。

3 結(jié)語

水資源不合理利用，農(nóng)牧交錯區(qū)濫墾、濫牧及不合理的種植結(jié)構(gòu)和耕作制度造成了大面積草場退化和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化。本工程的主要任務(wù)是通過實施高效節(jié)水噴灌工程，提高灌溉水利用率，減少地下水開采量，發(fā)展畜牧業(yè)，為當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支撐。實施農(nóng)業(yè)節(jié)水及高效節(jié)水工程后，灌區(qū)年可節(jié)水117.8 萬m3，其中桑干河流域可減少地表水取水量80.6 萬m3，減少地下水開采量37.2 萬m3，使地下水超采狀況得到緩解，為山西省永定河恢復(fù)為“流動之河，綠色之河，經(jīng)濟(jì)之河，文化之河”貢獻(xiàn)力量。