閆喆　張小林　王文龍　李孟釩

摘 要 我國西北部地區(qū)水資源極為短缺，但農(nóng)業(yè)發(fā)展與水資源息息相關(guān)，利用最少的土地與水資源創(chuàng)造更多的產(chǎn)能是我國作為一個農(nóng)業(yè)大國從古到今一直面對與亟待解決的難題。通過節(jié)水灌溉項目在長城沿線風沙草灘區(qū)具體實施的情況，探討了節(jié)水灌溉技術(shù)在土地整治項目實際應用中的積極作用，以及對農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活產(chǎn)生的良性影響。

關(guān)鍵詞 風沙草灘區(qū);低壓管灌;水資源利用;陜西省神木市

中圖分類號：S274 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.17.017

神木市地處陜西北端，長城沿線，黃河中游區(qū)域;為大陸性季風氣候，季節(jié)分明，氣候干燥，自然災害較為頻繁;夏季雨水集中，暴雨較多。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的全面推廣，在我國農(nóng)田灌溉中高效的節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)逐漸得到了認可與應用。面對項目區(qū)內(nèi)水資源貧乏、灌溉設施欠缺、降雨不均衡等問題的客觀存在，節(jié)水灌溉技術(shù)的應用已經(jīng)極為迫切與重要，實施本項目勢在必行。

1? 項目概況

本項目類型為未利用地土地開發(fā)項目，資金來源全部為神木市財政投資。項目區(qū)位于神木市西沙街道辦豐園村，涉及1個鎮(zhèn)1個行政村，共2個地塊。項目建設規(guī)模為29.645 3 hm2。項目主要通過對荒草地、殘次林草地的開發(fā)實現(xiàn)項目區(qū)新增耕地26.746 4 hm2，新增耕地率達到90.22%。項目建設計劃工期為3個月。項目區(qū)土地所有權(quán)屬部分歸國有，部分歸集體所有，由村民個人承包使用，土地權(quán)屬界線清楚，無爭議。

2? 水資源平衡分析

2.1? 灌溉水源及供水量分析

項目區(qū)水源為地表水，項目區(qū)灌溉用水來源于窟野河麻家塔溝支流?？咭昂诱w位于黃河中游，發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝市巴定溝，流向東南方向，途經(jīng)伊金霍洛旗和陜西省府谷縣，于神木市沙峁頭村注入黃河，干流長242 km，流域面積8 706 km2，年平均流量7.59億m?，麻家塔溝作為窟野河支流，溝長22 km，流域面積236 km2，參考窟野河就近地區(qū)流域面積相近的支流流量約為1.65億m?，該支流水質(zhì)良好，可以滿足灌溉要求。

2.2? 需水量分析

2.2.1? 設計水平年和灌溉保證率的確定

依據(jù)《土地整治高標準農(nóng)田建設標準綜合體》，綜合考慮項目區(qū)自然和社會經(jīng)濟情況，設計灌溉保證率采用75%，設計水文年采用一般干旱年。

2.2.2? 作物灌溉制度的確定

項目區(qū)屬于溫帶大陸性季風氣候區(qū)，由于日照、海拔等條件限制，項目區(qū)內(nèi)作物種植僅為一年一熟。項目實施后，經(jīng)過客土回填，土地復墾，土壤為砂壤土，適宜種植的糧食作物主要為馬鈴薯、玉米等。

經(jīng)過廣泛采納當?shù)厝罕姷囊庖?，結(jié)合項目區(qū)現(xiàn)狀、地形、地貌及規(guī)劃灌溉設備，項目區(qū)田塊規(guī)劃為畦灌。查詢《陜西省作物需水量與分區(qū)灌溉模式》中玉米的灌溉模式可知，春玉米的生長階段分為為播種、出苗、拔節(jié)、抽雄、灌漿、成熟6個階段。參考陜西省節(jié)約用水辦公室發(fā)布的《陜西省行業(yè)用水定額》（試行）制定以下灌溉制度，設計灌溉保證率采用75%（見表1）。

2.2.3? 灌溉需水量計算

根據(jù)關(guān)鍵期作物需水量計算可知，每667 m2凈灌溉定額為155.00 m3·次-1。項目區(qū)規(guī)劃采用低壓管道輸水，管道水利用系數(shù)較高，查詢《陜西省行業(yè)用水定額》，可知陜北長城沿線風沙草灘區(qū)管道水利用系數(shù)為0.97，田間水利用系數(shù)為0.92，故灌溉水利用系數(shù)為0.892，每667 m2最大毛灌溉為173.76 m3·次-1（見表2）。

綜上所述，項目區(qū)作物年灌溉需水量共為7.73萬m3。結(jié)合以上內(nèi)容分析，地塊供水量大于需水量，能夠滿足灌溉要求。

3? 灌溉工程方案選取及平面布置

3.1? 節(jié)水灌溉方案

根據(jù)該項目區(qū)的基本農(nóng)田類型及初步確定的建設規(guī)模，擬采用低壓管道輸水灌溉、圓形指針噴灌、滴灌3種方案。

1）低壓管道輸水灌溉。低壓管道輸水灌溉是一種以地埋管道代替明渠輸水灌溉的節(jié)水灌溉形式，利用能耗較低的泵機或者現(xiàn)狀的地形落差形成的自然壓力，將灌溉水源輸送到田間，再由管道分水口分水或外接軟管輸水進入地面[1]，將水資源和外界的聯(lián)系直接隔斷，有效減少水資源在渠道輸送過程中的蒸發(fā)損失，更能防止深層的滲水。因其在高效利用水資源的前提下又節(jié)省了土地資源。一經(jīng)推廣便受到了廣大農(nóng)民群眾的歡迎。該形式不但輸水迅速、省地、節(jié)水、能耗低，且后期設備的管理維修簡單、方便，目前已經(jīng)成為農(nóng)田節(jié)水灌溉的主要應用推廣技術(shù)之一。

2）圓形指針噴灌。圓形指針噴灌作為目前農(nóng)田灌溉中應用較為廣泛的一種節(jié)水灌溉形式，雖然初期投資較高，但能大幅提升人均勞動力產(chǎn)能，各地塊灌溉水量均衡，使用年限內(nèi)年均每667 m2投資較低。但是對地形條件要求苛刻，適合在地塊規(guī)模較大的場地中使用，具有其特定的局限性。

3）滴灌。滴灌作為我國目前使用范圍最大的高效節(jié)水灌溉工程技術(shù)，完美地契合了各種農(nóng)作物、樹木生長發(fā)育的需求，在初期投資較低的情況下，節(jié)水效果最為顯著。但是，實施后期管理維護工作繁雜冗長，人力投資遠大于低壓管道輸水灌溉、圓形指針噴灌。

在充分調(diào)查各種灌溉方式的投資成本與工作效率等情況后，最終選用低壓管道輸水灌溉作為本項目的灌溉方式。原因主要有以下4個。1）低壓管道輸水灌溉方式水資源利用效率較高，而且從投入成本、農(nóng)民經(jīng)驗種植方式方法等層面充分考慮，是最符合當下實際情況的一種。2）由于低壓管道輸水灌溉的前期投入較低，為日后的土地流轉(zhuǎn)時的改造留有余地。3）低壓管道輸水灌溉具有占地面積小、能耗低、管理簡便等優(yōu)點，深受當?shù)厝罕姎g迎。4）由于當?shù)剞r(nóng)民對土地的渴望，后期種植馬鈴薯、玉米等作物，項目建成后能夠避免撂荒的現(xiàn)象。

3.2? 工程平面布置

3.2.1? 水源工程

項目區(qū)南鄰窟野河支流麻家塔溝，且現(xiàn)有引水渠和混凝土蓄水池，因此在水源選擇上充分調(diào)查當?shù)厮船F(xiàn)狀，選擇麻家塔溝為項目區(qū)水源。根據(jù)榆林市實用水文手冊確定麻家塔溝年徑流量遠遠大于項目區(qū)用水量（該村后續(xù)灌溉地塊極少）。項目區(qū)以地表水為主，做到蓄、引、提、集、輸相結(jié)合，中小型工程措施并用，充分挖掘了水源潛力，既能滿足灌水需求，又因地制宜，符合客觀地理條件。

3.2.2? 輸配水工程

按實地地貌地形現(xiàn)狀、交通條件、當?shù)厝罕姼骷肮嗨晳T，合理安排布局各級輸配水渠道。在安裝地埋輸配水管道時應做好充分的考慮，設計足夠的過水斷面及安全合理的比降，配套完善渠系建筑物，做到引水必有閥、分水必有閘、運行安全得當、管理快捷方便。

4? 工程建設標準及設計參數(shù)

4.1? 水源工程

項目區(qū)水源為麻家塔溝河水，項目區(qū)上游有一個村民自建水壩，經(jīng)壩體內(nèi)出水渠連接至項目區(qū)地塊山腳下，新建漿砌石供需調(diào)節(jié)池作為水源，流域內(nèi)水質(zhì)較好，適宜灌溉。本次采用潛水泵取水方式提水灌溉。項目區(qū)以新建的漿砌石蓄水池作為水源，經(jīng)項目區(qū)上方新建的100 m3供需調(diào)節(jié)池進行調(diào)蓄，對項目區(qū)進行灌溉。

調(diào)蓄池設計為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。蓄水池結(jié)構(gòu)參照《矩形形鋼筋混凝土蓄標準設計圖集05S804》。池壁及底板厚度均為0.2 m，深3.5 m。地下埋深2.5 m，地上1.0 m。水池基礎用3∶7灰土處理0.5 m后，做0.1 m C15素混凝土墊層，池身采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。水池布置有進水管、溢流管、出水管、泄水管。

4.2? 輸水工程

本項目的主要任務是為新規(guī)劃田塊配套灌溉管道，本項目新建管道以新建泵站為灌溉水源，配套獨立的低壓管道系統(tǒng)。管道布置結(jié)合實際地形條件和田寬布局布置。

4.2.1? 輸水管道布置

1）輸水管的線路在保證供水安全、水量水壓滿足項目設計的前提下，力求做到線路最短、土方量小、施工費用少、施工維護方便、少占用農(nóng)田。2）輸水管道的平面布置應充分利用現(xiàn)場實地的地形地貌，符合鄉(xiāng)鎮(zhèn)對管道規(guī)劃的要求。

4.2.2? 灌溉系統(tǒng)設計

輸水管流量的計算依據(jù)公式（1）。

式（1）中，[θmax]為灌溉面積，hm2;[θmax]為需水流量，m3·h-1;[θmax]為作物設計日耗水強度，5.5 mm·d-1;[θmax]為灌溉水利用系數(shù)，0.9。經(jīng)計算Q=76.2 m3·h-1，取80 m3·h-1。

管徑按照經(jīng)濟流速法選用管徑，見公式（2）。

式（2）中，D為管徑，mm;Q為管道流量，m3·h-1;V為經(jīng)濟流速，取1.5 m·s-1。

灌溉系統(tǒng)的管道管徑計算選擇詳見表3。

項目區(qū)干管選擇0.8 Mpa的UPVCφ140 mm;支管采用0.8 Mpa的UPVCφ110 mm，豎管采用0.8 Mpa的UPVCφ110 mm;給水栓采用鐵質(zhì)給水栓。

管道沿程水頭損失按公式（3）計算。

式（3）中，hf為沿程水頭損失，m;f為摩阻系數(shù)，PVC-U管取0.948×105，鋼管取6.25×105;L為管長，m，11;Q為流量，m3·h-1;d為管道內(nèi)徑，mm;m為流量指數(shù)，PVC-U管取1.77，鋼管取1.9;b為管徑指數(shù)，PVC-U管取4.77，鋼管取5.1。

管道局部水頭損失按式（4）計算。

式（4）中，hj為局部水頭損失，m;ξ為局部損失系數(shù);v為管內(nèi)流速，m·s-1;g為重力加速度，m·s-2。管道局部水頭損失也可按沿程水頭損失的一定比例計入，取hj=0.1hf。

管道系統(tǒng)水泵揚程按式（5）計算。

式（5）中，H0為管道系統(tǒng)設計工作水頭，m;Z為參考點的地面高程，m;Z0為管道系統(tǒng)進口高程，m;ΔZ為參考點處給水栓出口中心線與地面的高差，m;Σhf為管道系統(tǒng)進口至參考點給水栓的管路沿程水頭損失，m;Σhj為管道系統(tǒng)進口至參考點給水栓的管路局部水頭損失，m;h0為給水栓工作水頭，無資料時可按0.3～0.5 m選用。經(jīng)計算，H=110.17 m。水泵流量≥80 m3·h-1，揚程≥110.17 m，選用潛水泵250QJ80-121/11滿足設計要求。

4.2.3? 管路附件

在選取管道中的三通、彎頭等配件時，應充分考慮與管材的配套，出水口安全閥為標準鑄鐵定型件。管道連接采用熱承插涂粘合劑法連接，各級管道進口設置安全控制閥門，在系統(tǒng)首部設置單向閥門，以防止水泵突然關(guān)閉或其他事故產(chǎn)生供水倒流，同時將（進）排氣閥設置在管道首部地勢最高處，以防止管內(nèi)積水倒流產(chǎn)生的負壓將管道損壞[2]。

4.2.4? 閥門井

閥門井主要設置在干管及分干管上有（進）排氣設備、閥門等管件的位置。閥門井的尺寸基于井內(nèi)的設備和便于人員操作、維修2個方面來考慮確定。設備在閥井的位置按規(guī)范要求確定。

4.2.5? 出水樁

輸水管道依據(jù)實際地塊布局，按照設計圖紙在每個地塊安裝設置出水樁，出水樁間距可根據(jù)地形適當調(diào)整。本項目采用固定出水樁，用C15砼澆筑周邊，以防止下閥體被盜或損壞，上部加蓋混凝土護帽。出水口護樁也采用現(xiàn)澆砼件，占地面積為0.16 m2。

4.2.6? 地埋管道管槽開挖及回填

1）管槽開挖。根據(jù)資料查閱，項目區(qū)最大凍土深度為146 cm以上。為防止U-PVC管道在地埋時由于田間耕作或機械車輛通行破壞管道，地埋管道管槽開挖采用矩形斷面，開挖斷面寬60 cm，埋深在150 cm以下。管道埋深考慮地面凍土深、安全挖深、管道直徑等因素，管槽開挖深度≥1.64 m。

2）管槽土方回填。根據(jù)《土地開發(fā)整理項目概算定額》，管道管徑超過550 mm以上的，計算管槽填方量時應扣除管道所占體積，否則不需扣除。本項目中管槽土方回填量等于管槽土方開挖量。

本次低壓管道工程布置工藝流程為水源（供需調(diào)節(jié)池）→控制閘閥→輸水管道→出水栓→田間。為了集中用水，緩解管道壓力，灌水采用輪灌方式。承插膠粘接口連接。給水栓采用預制混凝土出水樁保護墩。

4.2.7? 管道附屬設施

排氣閥一般安裝在逆坡位置的管道系統(tǒng)尾部、順坡位置的管道系統(tǒng)首部、管道系統(tǒng)的凸起處、管道朝水流方向下折及超過10°的變坡處。項目區(qū)共設計安裝2個排氣閘閥。

在管道末端設置泄水井，在每年度灌溉期結(jié)束之后放空管道內(nèi)余水，共設置20座，在管道連接處設置檢查井，方便田間管理，共設置20座。

5? 結(jié)論

本項目通過配套節(jié)水灌溉設施，實現(xiàn)了土地利用等級提升，提高了土地利用率，改善了項目區(qū)內(nèi)的灌溉與排水條件及生態(tài)環(huán)境，從而提高了村民的耕作生產(chǎn)條件，解決好了村民生產(chǎn)與生活的有效銜接關(guān)系，使項目區(qū)群眾實現(xiàn)了經(jīng)濟效益與生態(tài)效益綜合提升，保障了項目區(qū)群眾的安居樂業(yè)。

參考文獻：

[1] 夏晶，王潔，張禮華.淺談江蘇低壓管道灌溉工程發(fā)展的技術(shù)路徑[J].江蘇水利，2018（12）：28-30，34.

[2]? 羅安靜，李效強.扶風縣農(nóng)田水利灌溉工程技術(shù)要點淺析[J].陜西水利，2019（10）：67-69.

（責任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2022-04-18

作者簡介：閆喆（1994—），男，陜西榆林人，本科，助理工程師，從事土地綜合整治設計。