孫衛(wèi)勇

（榆林市橫山區(qū)雷惠渠服務(wù)所，陜西 榆林 719000）

節(jié)水灌溉是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要方向，但因一次性投資較大發(fā)展較為困難。塔灣鎮(zhèn)蘆溝村是橫山區(qū)經(jīng)濟(jì)作物主要生產(chǎn)區(qū)，為推進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程，配套已建成寬幅梯田，發(fā)展玉米、豆類農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物及黃芪、遠(yuǎn)志等藥材種植，鞏固脫貧攻堅(jiān)成果，需探討其節(jié)水灌溉方式。

1 概況

蘆溝村位于塔灣鎮(zhèn)西6 km 處，屬季風(fēng)大陸性草原氣候[1]，年平均降水量351.77 mm，總?cè)丝?68戶1 775人；屬典型的風(fēng)沙草灘區(qū)，總土地面積41.8 km2，其中耕地10 km2、林地13 km2。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)平坦、土地肥沃，較適宜種植大田作物及有機(jī)蔬菜、黃芪、遠(yuǎn)志等藥材?，F(xiàn)有耕作區(qū)無(wú)灌溉水源，基本上“靠天吃飯”。

2 水源分析

蘆溝村位于蘆河左岸，地處風(fēng)沙蓋沙與黃土丘陵溝壑疊加區(qū)域，區(qū)內(nèi)水源分地表水和地下水。

2.1 地表水

蘆河上現(xiàn)有蘆河渠灌溉工程修建于1958 年，系有壩引水渠道，引取蘆河水，為自流灌區(qū)，原設(shè)計(jì)引水量1 m3/s[2]，年總引水量1 560 萬(wàn)m3。受水區(qū)為橫山、趙石畔2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、18個(gè)行政村，人口2.4萬(wàn)人。灌區(qū)主要種植作物為玉米、水稻、高粱、洋芋、蔬菜、西瓜等，復(fù)種指數(shù)為100%，糧食總產(chǎn)量0.29 萬(wàn)t，是橫山區(qū)主要蔬菜供應(yīng)基地。

現(xiàn)狀渠系水利用系數(shù)0.491，干渠全長(zhǎng)11.08 km，其中4.37 km為土渠或損毀，其余渠道完好，渠道完好率60.56%。支渠2條，1支渠長(zhǎng)4.33 km，其中1.91 km為土渠，其余已襯砌；2 支渠長(zhǎng)3.48 km，全部為襯砌渠道。工程設(shè)計(jì)灌溉面積5.8 km2，有效灌溉面積5.1 km2，實(shí)際灌溉面積4 km2。

蘆河渠渠首攔河溢流壩建在蘆河干流上（主要水源來自上游河口廟水庫(kù)）。該壩為漿砌石重力壩，頂長(zhǎng)60 m，高4.5 m，頂寬4 m，底寬12.5 m。壩下游兩側(cè)設(shè)置有漿砌石導(dǎo)流墻。現(xiàn)有多處工程病險(xiǎn)嚴(yán)重，存在許多安全隱患，迫切需要對(duì)該灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水更新改造。

2.2 地下水

由于蘆河渠病險(xiǎn)問題較多，灌區(qū)水量基本引盡，若再修建渠系引水灌溉，成本較高，也不適宜進(jìn)行節(jié)水灌溉，蘆河村節(jié)水灌溉項(xiàng)目水源考慮利用地下水。由于緊靠蘆河，蘆溝村地下水資源相對(duì)較豐富，區(qū)內(nèi)地下水天然資源量為3 863.15萬(wàn)m3/a。

2.3 需水量分析

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)附近機(jī)井實(shí)際情況，該區(qū)域井深180~250 m，土層80 m，單井出水量25~35 m3/h，根據(jù)灌溉地塊面積及輪灌組劃分情況，滴管系統(tǒng)各輪灌組設(shè)計(jì)流量5.8～8.1 m3/h；管灌系統(tǒng)各輪灌組設(shè)計(jì)流量6.59 m3/h，均小于水泵上水能力（10 m3/h）和單井出水量，供水滿足灌溉要求。經(jīng)對(duì)該水源周邊勘察，區(qū)域內(nèi)無(wú)工業(yè)、養(yǎng)殖、垃圾堆放以及排污口等其他污染源。規(guī)劃在項(xiàng)目區(qū)打機(jī)井取水，建高位水池2 座，利用潛水泵加壓到蓄水池，通過管網(wǎng)灌溉。根據(jù)出水量要求及地下水的埋藏情況，機(jī)井設(shè)計(jì)取水層為淺層含水層，設(shè)計(jì)井深200 m，土層80 m，巖石層120 m，井身段采用鋼套管護(hù)壁，管徑0.3 m。

3 滴灌典型設(shè)計(jì)

作為節(jié)水效果最好的灌溉技術(shù)，滴灌得到普遍使用[3]。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)作物的生長(zhǎng)特性，經(jīng)過調(diào)查和借鑒以往節(jié)水灌溉成功經(jīng)驗(yàn)，決定采用滴灌的節(jié)水灌溉方式。滴灌面積0.32 km2，水源為機(jī)井。灌溉需水量為45.5 m3/h，需機(jī)井2眼，單井出水量為25 m3/h根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及水源條件，選擇1號(hào)井控制的0.26 km2耕地作為典型地塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 基本參數(shù)

灌溉設(shè)計(jì)保證率為75%；灌溉水利用系數(shù)為0.9；其他有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：本次滴灌以玉米為主，微灌土壤濕潤(rùn)層厚度0.5 m；微灌設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比為90%；田間持水量為30%；耗水強(qiáng)度為5.0 mm/d；系統(tǒng)設(shè)計(jì)日工作12 h。

3.2 田間管網(wǎng)布置

田間管網(wǎng)包括干、分干、支、毛管4級(jí)管道，設(shè)計(jì)主要目的是將經(jīng)由過濾設(shè)備過濾后符合灌溉要求的水由主配水管道輸送至田間。

3.2.1 輸配水管網(wǎng)

設(shè)計(jì)工藝流程為干管→分干管→水表→支管→毛管。具體的滴灌系統(tǒng)輸水管網(wǎng)如下：水源（機(jī)井）→調(diào)蓄水→計(jì)量裝置（水表、壓力表）→施肥罐（施肥控制裝置）→干管（地埋UPE 管）→支管（地埋UPE管）→輔管（PE軟管）→毛管（滴灌帶）。

3.2.2 干管選擇與布置

干管一般沿道路或田間路地埋敷設(shè)，選用UPE管材。分干管視田塊及支管的情況，可垂直或平行干管地埋敷設(shè)，一般垂直于干管，沿田塊一側(cè)布置，選用UPE 管材。支管垂直分干管、毛管地埋敷設(shè)。干管、分干管、支管均通過三通或彎通與干管連接。支管首部設(shè)有控制閥，長(zhǎng)度依據(jù)地形設(shè)計(jì)。輔管平行于支管布置，選用PE 軟管，毛管平行于作物種植方向。為了防凍，干管按不小于1.5‰的坡度在管道未端設(shè)排水井。

3.2.3 毛管選擇與布置

輸水管道選用PE 管，該種管材相較于PC 管接頭裝置簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。設(shè)計(jì)干管、分干管采用PE管以地埋形式鋪設(shè)，支管、毛管采用PE 管鋪設(shè)于地面。毛管鋪設(shè)方向與作物種植方向一致，支管與毛管垂直，其他各級(jí)管道自下而上依次與下級(jí)管道垂直布置。

根據(jù)設(shè)計(jì)濕潤(rùn)深度，結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件，考慮實(shí)際情況，本次毛管（灌水器）采用迷宮式滴灌帶，設(shè)計(jì)流量為2.0 L/h，滴頭間距0.3 m。

由于玉米種植兩行為一畦，毛管布置兩行玉米中間，平行于作物種植方向，間距0.9 m。毛管為內(nèi)鑲片式滴灌管，外徑16 mm，滴頭間距0.3 m，工作水頭8.0 m，流態(tài)指數(shù)0.5。毛管進(jìn)水口通過接頭與支管連接，末端封堵。毛管在支管兩側(cè)對(duì)稱（豐字形）布設(shè)；部分地塊采用梳子形搭配布設(shè)。

3.3 灌溉制度擬定

3.3.1 最大灌水定額

滴灌最大灌水定額根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：mmax為設(shè)計(jì)最大灌水定額（mm）；γ為土壤容重（g/cm3）[4]，取1.4 g/cm3；z為土壤設(shè)計(jì)濕潤(rùn)層深度（cm），取50 cm；p為設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比，取90%（糧、棉、油等植物為60%~90%）；θmax為適宜土壤含水率上限，取田間持水率的95%；θmin為適宜土壤含水率下限，取田間持水率的65%。

經(jīng)計(jì)算，得出mmax=18.9 mm。

3.3.2 設(shè)計(jì)灌水周期

式中：T為設(shè)計(jì)灌水周期（d）；Tmax為設(shè)計(jì)最大灌水周期（d）；Ia為作物耗水強(qiáng)度（mm/d）[5]，取5.0 mm/d；mmax為設(shè)計(jì)最大灌水定額（mm），取18.9 mm。

經(jīng)計(jì)算，得出Tmax=3.78 d。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，本次設(shè)計(jì)灌水周期T＝12 d。

3.3.3 設(shè)計(jì)灌溉定額

設(shè)計(jì)毛灌水定額根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，得出m毛=21 mm。

3.3.4 滴灌系統(tǒng)的工作制度

滴灌管布置在兩行玉米中間，平行于作物種植方向，滴頭間距Se=0.3 m，毛管間距Sl=0.9 m。（1）一次灌水延續(xù)時(shí)間t。其計(jì)算公式為：

式中：Se為滴頭間距（m），取0.3 m；Sl為毛管間距（m），取0.9 m；m滴為設(shè)計(jì)毛灌水定額（m3/hm2）；qd為滴頭流量（L/h），取2.0 L/h；

經(jīng)計(jì)算，得出一次灌水延續(xù)時(shí)間t=2.55 h，取t=3.0h。

（2）輪灌區(qū)數(shù)目N。輸配水系統(tǒng)工作時(shí)間為12 h，一次灌水時(shí)間取3.0 h，灌水周期取12 d。最大輪灌組計(jì)算公式為：

經(jīng)計(jì)算，得出N=52組。

單個(gè)灌水小區(qū)長(zhǎng)102 m、寬60 m，實(shí)際輪灌區(qū)取N=52組。

（3）滴灌系統(tǒng)的工作制度。典型1#地塊面積0.26 km2，設(shè)計(jì)灌水小區(qū)尺寸按照102 m×60 m（長(zhǎng)×寬）進(jìn)行控制，共43個(gè)。每個(gè)灌水小區(qū)內(nèi)由1條輔管控制，單條輔管長(zhǎng)60 m；每條輔管布置134 條毛管（兩側(cè)出水，每側(cè)67條），毛管采用迷宮式滴灌帶。

在進(jìn)行灌溉時(shí)，由1 條干管控制，一次開1 條支管，一條支管開1條輔管，一條輔管開啟134條毛管作為一個(gè)輪灌組，1#地塊共分為43組；2#地塊0.06 km2，共分為9組。

3.4 田間管道水力

毛管采用內(nèi)鑲片式滴灌管，單根長(zhǎng)51 m，管徑16 mm，滴頭間距0.3 m，滴頭流量2.0 L/h，滴頭工作水頭8.0 m，毛管（迷宮式滴灌帶）長(zhǎng)度51 m，單條毛管進(jìn)口流量0.34 m3/h。

根據(jù)管網(wǎng)布置和灌溉制度，一次灌溉每條輔管同時(shí)最多開啟130條毛管，則干、支管進(jìn)口工作壓力水頭為4.80 m，干管總水頭為14.90 m。

3.5 高水位池設(shè)計(jì)

直接抽取地下水灌溉，水溫過低，不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)；同時(shí)，近年項(xiàng)目區(qū)地下水位在逐年下降，考慮后期水量減少，為了更好沉淀，需修建調(diào)蓄池1 座。

項(xiàng)目區(qū)水源為機(jī)井，泵站流量為25 m3/h，若泵站每天工作時(shí)間按12 h 計(jì)算，則一天的出水量為300 m3?？紤]到水泵運(yùn)行效率、水泵維修所造成的灌溉時(shí)間不足以及灌溉時(shí)間延誤的影響，本次高位蓄水池容積取200 m3。

3.6 滴灌附屬設(shè)計(jì)

根據(jù)滴灌工程布置，滴灌水源為機(jī)井，通過水泵加壓后輸送至調(diào)蓄池，經(jīng)過首部樞紐房，送至田間管道。滴灌首部樞紐房?jī)?nèi)放置過濾站、施肥罐、流量計(jì)、壓力表和保護(hù)裝置等。

項(xiàng)目機(jī)井全部供滴灌地塊水源，井房與滴灌過濾房共用。在滴灌系統(tǒng)中，為了防止滴灌帶堵塞，常常在首部設(shè)置過濾器。本工程水質(zhì)比較清澈，泥沙含量很少，無(wú)明顯漂浮物。設(shè)計(jì)過濾器選擇離心+網(wǎng)式過濾器（3 吋W0301+L0301）。滴灌時(shí)可同時(shí)施入化肥，結(jié)合實(shí)際，施肥罐選擇500 L。

4 效益分析

項(xiàng)目區(qū)工程概算總投資218.87 萬(wàn)元，其產(chǎn)生的效益主要有以下三方面。

4.1 社會(huì)效益

（1）有利于提高作物抗旱能力，提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)群眾收入增加，提高百姓生活水平。

（2）有利于農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)更趨合理，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

（3）農(nóng)業(yè)的發(fā)展能夠帶動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展，增加地方財(cái)政收入。

4.2 生態(tài)效益

（1）發(fā)展高效節(jié)水滴灌可以節(jié)約水資源，有利于改良土壤顆粒結(jié)構(gòu)，有效防止耕地鹽堿化，減少水土流失。

（2）有利于提高農(nóng)民節(jié)約意識(shí)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

（3）節(jié)水灌溉的形式多樣，可以調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候，美化農(nóng)村環(huán)境，形成路、林、溝、田和諧統(tǒng)一的格局，為發(fā)展觀光農(nóng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

4.3.1 灌溉增產(chǎn)效益

項(xiàng)目區(qū)凈灌溉面積0.32 km2，實(shí)施節(jié)水滴灌工程后，將原有旱臺(tái)地改為水澆地，主要種植玉米、藥材、大田作物，澆水及時(shí)，肥料的利用率提高，促使作物增產(chǎn)。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料，玉米、藥材、大田作物實(shí)行節(jié)水灌溉后可增產(chǎn)40%以上；以玉米為例，項(xiàng)目實(shí)施后，可增產(chǎn)30 kg/km2，按現(xiàn)行價(jià)格2.8 元/kg 計(jì)算，年增效益1 260 元/km2。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算，該項(xiàng)目年增產(chǎn)值為59.7萬(wàn)元。

4.3.2 省工及節(jié)能效益

實(shí)施節(jié)水灌溉后，年節(jié)能效益2.4萬(wàn)元。

4.3.3 費(fèi)用計(jì)算

（1）固定資產(chǎn)投資。該項(xiàng)目固定資產(chǎn)投資為218.87萬(wàn)元。

（2）年運(yùn)行費(fèi)。該工程運(yùn)行期間費(fèi)用主要包括工程維修費(fèi)、能耗費(fèi)用、管理費(fèi)及其他費(fèi)用。其中，維修費(fèi)包括管道、建筑物工程等維修、養(yǎng)護(hù)和大修理費(fèi)用，根據(jù)類似項(xiàng)目區(qū)調(diào)查和預(yù)測(cè)，年維護(hù)費(fèi)約為固定資產(chǎn)投資的1.5%，即218.8×1.5%=3.28（萬(wàn)元/a）。項(xiàng)目區(qū)平均每年灌水2.65 萬(wàn)m3，每度電灌溉水量1.5 m3，電價(jià)按0.45 元/kW·h計(jì)，經(jīng)計(jì)算年電費(fèi)為1.2萬(wàn)元。根據(jù)水利工程固定資產(chǎn)分類折舊年限的規(guī)定，本工程的折舊年限為20 a，經(jīng)計(jì)算年折舊費(fèi)為9.7 萬(wàn)元。管理費(fèi)按0.32 元/km2計(jì)，則年管理費(fèi)為0.71 萬(wàn)元。其他費(fèi)用包括清除或減輕項(xiàng)目帶來的不利影響所需補(bǔ)救措施、日常行政、科學(xué)試驗(yàn)和觀測(cè)以及其他經(jīng)常性開支等費(fèi)用，該項(xiàng)費(fèi)用按維護(hù)費(fèi)、動(dòng)力費(fèi)、管理費(fèi)總和的10%計(jì)算，即1.7萬(wàn)元/a。

（3）年效益?？紤]項(xiàng)目建成后，年增加效益59.7萬(wàn)元，減去維修費(fèi)、電費(fèi)、折舊費(fèi)、管理費(fèi)及其他費(fèi)用共計(jì)18.59萬(wàn)元，年凈收入41.11萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

蘆溝村地勢(shì)平坦，地下水資源豐富，特別適合發(fā)展灌溉型大田糧食作物及蔬菜類經(jīng)濟(jì)作物、藥材。通過分析，提出采用節(jié)水滴灌方式，可以有效地利用當(dāng)?shù)氐牡叵滤Y源，統(tǒng)一開發(fā)，集中管理。不但可以避免當(dāng)?shù)剞r(nóng)民無(wú)節(jié)制開發(fā)地下水資源，而且通過節(jié)水灌溉保證了作物的灌溉期需水，提高作物產(chǎn)量，從而增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入，帶動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革。