陽谷縣高效節水管道灌溉工程設計初探

任國勇，侯玉霞，牛文斌，賈麗君

(山東省陽谷縣水務局，山東 陽谷 252300)

1 概況

1.1 地理位置

陽谷縣地處山東省西部，項目區位于陽谷縣張秋鎮北部。轄區總面積53 km2，總人口5萬人。項目區共涉及24個村，人口20 773人，耕地面積3.33萬畝。

1.2 項目區地形、地貌

項目區地勢由西南向東北緩傾，平均坡降為1/6 000～1/7 000之間。歷史上黃河曾多次在境內泛濫，改道，沖決，泥沙淤積，逐漸形成了微度起伏的緩崗、緩平坡地、淺平洼地三種微地貌類型相間的現代平原地形。

1.3 水文氣象

項目區屬暖溫帶半干旱大陸性氣候區，年平均氣溫13.3℃。

1.4 工程設計技術指標

根據本縣項目區的工程實際，進行河渠提水管道灌溉高效節水工程典型設計

根據《節水灌溉技術規范》SL207－98和《灌溉與排水工程設計規范》GB50288—99，本次規劃依據以下主要技術指標:

①項目區內灌溉水利用系數不低于0.85。

②田間水利用系數不低于0.85。

③管道輸水灌溉應滿足:固定管道每畝不低于6 m長，支管間距單向布置不大于75 m，雙向布置不大于150 m，出口間距不大于50 m。

④實現節水灌溉后，項目區糧食產量增加10.5%以上，棉花增產10%以上，糧食灌溉水分生產率達到1.20 kg/m3以上。節水灌溉項目效益費用比應大于1.2。

2 高效節水灌溉工程設計

2.1 基本資料

河渠提水管道工程典型項目位于張秋鎮西部，包括西沙、花園等村部分耕地，該區域地勢較高，北干渠來水量較大，群眾多使用小白龍輸水，為提高農田灌溉集約化水平，減少群眾投資和農田灌溉大量的投工，推進灌區管理“三位一體”模式的發展，可以通過建設提水泵站和輸水管網，滿足群眾農業灌溉的需要，促進農業豐產豐收。項目區域面積東西長1 400 m，南北寬700 m，耕地面積1 469畝，溝渠來水為陶城鋪灌區北干渠，灌溉季節水量較充足。經化驗分析，北干渠水質符合農田灌溉用水水質標準。項目區西邊界緊靠南運西溝，東邊界為井陽崗二期工程，南邊為北干渠，區內有田間路與排水農溝貫穿其中。該區農業生產以種植小麥、玉米作物為主，一年兩季，南北向種植。

2.2 灌溉制度的確定

2.2.1 作物需水量的確定

根據小麥、玉米的需水規律，其需水高峰期在小麥灌漿期，平均需水強度 Ea=5.7 mm/d。

2.2.2 設計灌水定額及灌水周期

1)設計灌水定額。

區內作物為一年兩作，小麥是需水量大的作物;而玉米生長期正逢雨季，適時灌水即可;蔬菜需水量大，灌水次數多，但次定額小，且面積小，因此設計時以小麥月需水量最高灌漿期確定灌水定額。即:

式中:m為設計灌水定額(mm);γ為土壤容重(g/cm3)，取 γ=1.45;h為計劃濕潤層深度，取 h=0.60 m;P1、P2為土層適宜含水率的上限、下限(占干土重%)，分別取田間持水率的95%和65%;η田為田間水利用系數，取 η田=0.85。取田間持水量為22%，則:

2)灌水周期

式中:T設為設計灌水周期(d);W為最大平均需水強度(mm/d)，取W=5.7 mm/d;其他符號意義同前。

2.2.3 工程總體布置

依據地形、地塊、道路等情況布置管道系統，使管線最短，控制面積最大，便于機耕，管理方便。并盡可能雙向分水，方便澆地、節水，長畦改短。

在1 090 m×490 m的典型地塊內，水源位于地塊西北方向的路邊處，管道采用干管、支管分片控制相結合。為運行管理方便，從泵站布置干管一條，長度為660 m，支管沿東西方向垂直于干管布置，共布置支管12條，總長8 400 m，給水栓沿支管布置，間距50 m，全地塊共布置168個地面給水栓。給水栓雙向分水控制灌溉，給水栓上可連接移動式輸水軟管代替田間毛渠灌溉。

詳見高效節水管灌管網布置圖

沿地塊南邊緣修田間路一條，北邊緣開挖疏浚排水溝。田間積水排向毛溝，再由毛溝排入斗溝。

2.2.4 灌溉設計流量的確定

根據設計灌水定額、灌溉面積、灌水周期和每天工作的時間，按下式計算確定系統灌溉設計流量。

式中:Q為管道系統的灌溉設計流量，m3/h;η為灌溉水利用系數，取0.85;A為控制面積，畝;m為灌水定額，mm;T為灌水周期，d，取10 d;t為灌水時間，h，取20 h;其他符號意義同前。

2.2.5 高效節水灌溉系統工作制度確定

管道灌溉系統設計流量為389.34 m3/h，系統工作采用最優灌溉的輪灌制度。

每個給水栓的出水量30 m3，因此，以6條支管為一個輪灌組，每條支管同時開2個給水栓。

1)毛灌水定額

經計算得:m毛=53.01 m3/畝

2)一次灌水時間

式中:A0為單口控制灌溉面積，畝;由管網布置知，A0=1 469/168=8.74畝;q0為單口流量，m3/h;每次開口1個，q0=30 m3/h，則:t次 =16 h

3)輪灌制度

輪灌組數N計算如下:

式中:N為輪灌組數目;C為每天能工作的時間，小時;取C=20 h;t為一次灌水延續時間，小時;取t=16 h;T為灌水周期，天;取T=10 d;計算得:N=12.5取N=13

2.3 管道灌溉系統管網水力計算

2.3.1 管材及管徑選擇

固定管道包括干管、支管，均埋于地下，采用UPVC塑料管材。

按經濟流速法確定各級管徑:

式中:d為管內徑，mm;Q為流量，m3/h;V為經濟流速，根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288－99)V=1.0～1.5 m/s，取 1.5 m/s;

干管最大流量為389.34 m3/h，支管流量為60 m3/h

經計算得:干管選用Ф315的UPVC塑料管材、支管選用Ф125的UPVC塑料管材。

2.3.2 管網水力計算

以系統最不利運行時的工作狀態來進行系統管網水力計算，此時固定管長1 360 m，其中:干管長660 m，支管長700 m，2個給水栓運行。

沿程水頭損失計算:

式中:hf為管道沿程水頭損失，m;f為摩阻系數，與摩阻損失有關，f=0.948×105;m為流量指數，與摩阻損失有關，m=1.77;b為管徑指數，與摩阻損失有關，b=4.77;L為計算管道長度，m;Q為管道設計流量，m3/h;d為管道內徑，mm。

固定管道沿程水頭損失:

局部水頭損失按總沿程水頭損失的10%計。

設移動軟管水流出口水壓為0.2 m，軟管出口與進水管口高差相同，則管網所需水壓力為

2.3.3 設計揚程的確定與水泵的選擇

設計揚程 H=h凈+hg+h泵=2.5+13.60+1.0=17.10(m)

式中:h凈為渠道正常水位到管網進水口的高度，m;hg為輸水管網需要的壓力水頭，m;h泵為水泵管路損失，m。

2.3.4 水泵選型

根據水力計算結果，系統揚程17.10 m和系統流量389.34 m3/h，參考水泵資料，擬配水泵:1臺套200 HW－12s型潛水泵，配套功率18.5 kW。

2.4 首部樞紐及管網安全保護設施設計

系統管網首部包括進排氣閥、閘閥、逆止閥、水表等設施。另外，在管網系統每500m設進氣閥一套。在管道拐彎處或直管段超過30m設置鎮墩。

為防止管管系統管網泥沙淤積，解決冬天系統的防凍漲問題，在系統管網的最低處設排水閥。

管道灌溉區干管1條，Ф315UPVC管，長度660 m;支管12條，Ф125UPVC管，長度8 400 m;共布置管道長度9 060 m，給水栓168個;每條支管進口處設閘閥，支管末端設排水閥。

3 效益分析

項目完成后，不僅節約灌溉用水量、增加農田灌溉面積、增加地方農民收入、改善人民生活、為我縣農業的后續發展奠定物質基礎，同時為我縣農田水利基礎設施日益完善及其功能、效益的發展方向提供技術支持和引領導航作用。同時，具有良好的生態與環境效益。將有效地減少農業灌溉用水，可使田間肥力得到保護，有利于地下水資源的可持續開發利用，改善了田間小氣候，防止了畦田沖刷，起到了水土保持效果。具有顯著的生態及環境效益。

項目實施后，特別是高效節水灌溉工程的建設，有限度地開采地下水，使地下水得以涵養，使人與自然和諧相處，有利于當地農村的可持續發展。

圖1 河道提水管道工程典型布置圖

［1］SL207—98.節水灌溉技術規范

［2］GB－50288－99.灌溉與排水工程設計規范.

［3］SL/T153－95.低壓管道輸水灌溉技術規范.

［4］GB5084—92.農田灌溉水質標準.

［5］SDJ72—94.水利建設項目經濟評價規范.