商南縣山區特色農業高效節水灌溉方案計算分析

胡 輝

（商南縣十里坪鎮農業綜合服務站，陜西 商南 726306）

1 概況

陜西省商南縣是一塊結構復雜，以低山、丘陵為主體的山區，平均海拔896.3 m。境內地勢西南部和北部較高，東南部和中部較低，千米以下的低山、丘陵占總面積的77%。為亞熱帶半濕潤氣候，多年平均降雨量為840 mm，降雨量年際變化大，年內分配不均勻。區內有試馬河、捉馬溝以及堰塘和大口井。為促進山區特色農業經濟發展，規劃在試馬鎮郭埡村、李家溝、大坪村建設茶園，紅廟村建設櫻桃園，為了確保經濟作物產量，需配套建設農田水利項目，需對灌溉用水和節水方案進行計算分析。

2 研究區水源工程及特色農業

2.1 研究區水源

研究區現有引水樞紐6座，澇池1座、堰塘1座、大口井8個，水利設施為上世紀七八十年代修建。水資源豐富，降水相對豐沛，但由于降水在年際、年內分配極不均勻，干旱時有發生，農業生產抵御干旱的能力低下。水源工程常年失修，原水源工程破壞嚴重，無法發揮其應有作用，可靠性無法保證。渠系工程不健全、不完善，干渠渠道襯砌率低，渠道坍塌、滲漏、淤積等問題嚴重，無田間灌溉渠道，導致渠系不能發揮作用。現有水利設施灌溉保證率低，建設標準低，抵御干旱災害的能力低下，嚴重制約了農業生產的發展。

2.2 特色農業

商南縣山區特色農業高效節水項目主要包括郭埡村茶園灌溉工程、李家溝茶園灌溉工程、紅廟村櫻桃園堰塘改造工程、大坪村茶園灌溉工程。為保障項目順利實施，故以郭埡村茶園大口井噴灌和紅廟村櫻桃園堰塘微灌為例，進行特色農業高效節水灌溉方案分析。

3 郭埡村茶園噴灌方案計算分析

郭埡村地下水資源豐富，且埋藏較淺，所以在非水庫灌區及不具備自流條件的灌區，灌溉水源為大口井,茶園灌溉工程控制灌溉面積1960畝，以大口井為水源，設計在項目區建設噴灌工程以解決茶園灌溉問題。灌溉水利用系數取0.9，設計保證率為85%。則設計灌溉系統流量為31.75 L/s，根據地形及大口井出水量，郭埡村茶園灌溉工程分為4個片區。項目區總需水量及最高日、時需水量計算見表1。

表1 項目區需水總量計算表

3.1 大口井設計

（1）大口井水量計算

根據鉆探與抽水試驗成果，按照下式計算。

式中：Q為單井出水量，m3/d；S為水位降深，m；K為滲透系數，m/d；H為含水層厚度，m；R為影響半徑，m；r0為大口井半徑，m；L為大口井中心距河邊距離，m。

采用直徑4 m和3 m大口井，單井出水量為57.41 m3/h～199.90 m3/h，計算結果見表2。

表2 大口井單井涌水量計算表

計算結果均大于表1各時段蓄水總量，滿足供水需求。

（2）大口井典型設計

水源井工程包括大口井、抽水泵、泵房及配電設備等。項目區種植作物以茶樹為主，最大灌溉定額為24.4 m3/畝，灌溉水利用系數為0.9，按下式計算單井控制面積量。

式中：A為單井控制種植作物面積；Q為單井出流量，m3/h；t為日凈灌時間；T為灌水周期，6天；m為灌水定額，24.4 m3/畝；η為灌溉水利用系數，取0.9。

表3 大口井單井可控制最大灌溉面積計算表

計算結果見表3。由表3可知，空置面積均大于實際灌溉面積，滿足要求。

（3）大口井結構設計

井壁下部刃腳為C20鋼筋砼，井壁采用C25預制鋼筋砼，壁厚30 cm，井底設20 cm厚C20混凝土墊層，防止井底涌砂。井蓋為C25鋼筋砼現澆，井蓋處設檢修孔，以便檢修及設備安裝。以郭埡村茶園灌溉工程1#大口井為例計算水泵選型，該井為噴灌水源，單井控制面積為500畝，井深15 m，吸水管長7 m，揚程為35 m。同時考慮灌溉時間短，利用率較低等因素，選用250QJ80-40/2型潛水泵抽水，裝機臺數為2臺。

3.2 噴灌工程設計

（1）噴頭的選擇及組合間距的確定

噴灌工程采用全圓噴灑方式，噴頭正方形結合形式，參數根據種植作物選定。支管間距為14 m，噴頭間距14 m，噴頭流量2.0 m3/h。經復核，噴灌強度2.0 mm/h小于壤土允許噴灌強度8 mm/h，霧化指數在4000～5000范圍內，噴灌均勻系數滿足規范要求，所選噴頭可行。第一條支管距干管接頭7 m，第一個噴頭距干管、支管接頭7 m，以后的噴頭和支管間距均為14 m。每條干管均雙側布置支管。

（2）灌溉定額

研究區屬于商洛丘陵淺山區，按照《陜西行業用水定額》，本次設計茶樹噴灌用水定額為162 m3/畝。根據種植作物生育規律、氣候特征和需水分配周期，結合地方種植經驗，確定茶樹每年灌水次數生育周期為4次，設計灌水周期為6天。工程區面積較大，擬采用移動式噴灌系統，地形高程相差不大，且工程區內無相對高點，因此噴灌系統采用加壓系統，干管沿河堤路布置。

（3）噴灌典型設計

噴灌典型設計取郭埡村茶園灌溉工程片區3，灌溉面積為13200 m2，水源為3#大口井。為充分利用時間，每次共同工作的噴頭數為30個。為完成全部灌溉，支管的位置數有142處，每條支管平均噴頭數664/135=5個，每條支管70 m，同時工作的支管為6根。設計灌水周期為6天，每天工作16 h，共分為24個輪灌組。系統流量為16.7 L/s，每條支管最大流量為2.8 L/s，為減小輔管管徑，每個輪灌組至少采用5條輔管，每條輔管最多開兩條支管，則輔管最大流量為5.6 L/s。

4 紅廟村櫻桃園堰塘微灌方案計算分析

紅廟村櫻桃園堰塘微灌工程設計灌溉面積1497畝，種植農作物為櫻桃，灌溉水源為紅廟村桃園堰塘及已有大口井，大口井位于試馬河荷花園取水樞紐上游20 m處，紅廟村桃園堰塘蓄水容積2.5萬m3。本片區采用微灌形式，設計保證率為85%，微灌水利用系數取0.9。該項目區分為2個片區，片區1水源為已有大口井，片區2水源為紅廟村桃園堰塘。

4.1 水源工程設計

紅廟村堰塘因建設年代久遠，存在滲漏問題，兩岸均為土質邊坡，易垮塌，故設計改造內容主要包括：堰塘邊坡防滲處理120 m，修復D60漿砌石灌溉渠道800 m，更換鑄鐵閘門（0.6 m×0.8 m）3套。堰塘襯砌之前，先清除堰塘四周、背坡的雜草和表層土及塘底淤泥，堰塘四周和背坡清除厚度為50 cm，并進行自然坡，坡度為1∶1.5。堰塘清基及整坡完成后，對四周進行夯實，夯實完后鋪復合土工膜（兩布一膜）一層。堰塘四周鋪完土工膜后采用C25混凝土襯砌，墻體與土工膜之間夯實回填砂墊層。襯砌坡度為約1∶1.5。池底完好。堰塘四周襯砌時每隔12 m設一道伸縮縫，縫寬2 cm，縫內填筑瀝青泡沫板。項目區總需水量及最高日、時需水量計算見表4。

表4 項目區需水總量計算表

4.2 設計灌水定額

按照《陜西行業用水定額》，櫻桃地面灌溉定額采用杏樹及蘋果樹地面凈灌溉定額，中等年為50 m3/畝～90 m3/畝，干旱年為70m3/畝～140m3/畝。本次設計櫻桃樹微灌用水定額為132m3/畝。根據種植作物生育規律、氣候特征和需水分配周期，依據地方種植經驗，確定櫻桃微灌設計灌水定額32.6 mm，設計灌水周期為9 d，每天運行時間為16 h。

4.3 典型工程設計

紅廟村櫻桃園規劃微灌面積1497畝，種植農作物為櫻桃。本片區采用微灌形式，設計保證率為85%，灌溉水利用系數取0.90。本次設計紅廟村櫻桃園灌溉工程分為2個片區。片區1高程在394.0 m～421.0 m之間，該片區內微灌面積770畝。水源為已建大口井。片區2高程在386.0 m～394.0 m之間，微灌面積727畝。水源為紅廟村桃園堰塘。

研究區灌溉季節日平均風速1.5 m/s～3.2 m/s，日工作時數16 h。選用平口霧化地插噴頭，各級管道按照垂直向布置。布置毛管間距為3.0 m，噴頭間距3.0 m。干管及分管管采用地埋固定管道，均選用PVC-U管，毛管選用φ32PE管道，壓力等級0.4 MPa。干管和分管平直且無分水管道時每200 m設置一個伸縮節，在三通、彎頭、閘閥等處設置鎮墩，每條支管首部設置控制閥和閥門井，在管網最低處設置排水閥和排水井。計算得出設計灌水周期為9 d。每組工作時間為8.1 h，設計取9 h。每天開啟4組。根據區域地形等資料，每個片區分36個輪灌小組。每組灌水時間為4 h，分9 d灌完。經計算，片區1微噴灌溉系統設計流量為117.64 m3/h,取117.9 m3/h；片區2微噴灌溉系統設計流量為111.07 m3/h,取111.6 m3/h。

經計算，毛管允許的最多出水口數量Nm=88個，則允許最大鋪設長度為Lm=262 m。由于設計毛管允許的最多出水口數量為20個，故選取最大鋪設長度57 m。設計分管最小間距3 m，分管極限孔數為71個，分管極限長度為105 m，最大分管長度為87 m，在計算范圍內，符合規范要求。經計算，輸水管道選用1.25 MPa、DN200PE管。干管選用0.6 MPa、φ110PVC-U管。輔管選定0.4 MPa、φ90 mmPVC-U管。分管選定0.4 MPa、φ63 mmPVC-U管。毛管選用PE63級DN32PE管，壓力等級0.4 MPa。

5 結語

商南縣水資源分布不均，為幫助群眾致富，促進農村經濟發展，圍繞農民種植的茶樹、櫻桃等山區特色農業，實行高效節水灌溉項目建設。通過對大口井、堰塘為水源的噴灌、微噴灌不同形式的節水灌溉項目建設方案進行探討，得出茶樹噴灌用水定額為162 m3/畝，灌水周期為6 d。櫻桃樹微灌用水定額為132 m3/畝，灌水周期為9 d。項目建成后，新增（含恢復）灌溉面積7686畝，受益人口6267人。