滴灌支管+輔管輪灌模式在和田地區(qū)的應(yīng)用

邰春亮

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

近年來，滴灌灌溉技術(shù)在新疆發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍日益廣泛，和田地區(qū)自2012年實(shí)施農(nóng)業(yè)滴灌高效節(jié)水工程以來至2018年，滴灌灌溉工程灌溉面積不斷增加，實(shí)踐證明，滴管技術(shù)的推廣應(yīng)用對于地區(qū)水資源利用水平的提升、糧食增收、旱災(zāi)抵御能力的提高等效果十分明顯[1]。在節(jié)水灌溉工程規(guī)模化發(fā)展的過程中，滴灌工程管網(wǎng)布設(shè)通常采用支管輪灌模式，但是在實(shí)際應(yīng)用中一些問題不斷凸顯，例如支管輪灌工程施工難度較大，為防凍脹而增加主管路埋深使土方工程量大大增加，單井出水量受區(qū)域水文地質(zhì)影響而減小，田間出水栓遭破壞的現(xiàn)象普遍，嚴(yán)重影響灌溉效率。與此同時(shí)，自發(fā)使用節(jié)水灌溉技術(shù)的農(nóng)戶不斷增多，支管輪灌模式在具體應(yīng)用中受到很多限制，隨著田間毛管流量增大，支管輪灌必須選用直徑更大的支管與干管，投入大大增加。支管+輔管輪灌模式也就是在支管上增加與之平行的輔管，并以輔管作為輪灌組基本灌溉單元，支管上灌溉單元的增加使單位灌溉面積縮減，閥門和連接的管件增多，增加了灌溉系統(tǒng)管理強(qiáng)度和可靠性，能更好地發(fā)揮節(jié)水灌溉工程效益。

1 研究區(qū)概況

新疆和田地區(qū)地處塔里木盆地以西，呈典型的大陸性暖溫帶干旱沙漠氣候，北鄰阿克蘇地區(qū)，南接巴音郭楞自治州，西連喀什地區(qū)，見圖1。總體而言，和田地區(qū)地勢南高北低，由于地處塔里木河上游區(qū)域，中部地區(qū)主要為已開墾耕地，地區(qū)總用水規(guī)模中農(nóng)業(yè)用水占95.97%。和田地區(qū)年平均氣溫為13.9℃，降水量年平均54.1 mm，全年內(nèi)日照總時(shí)數(shù)2645.5 h，區(qū)域內(nèi)共分布有和田河、喀拉喀什河、克里雅河及玉龍喀什河等河流，上述河流均由昆侖山脈冰雪消融補(bǔ)給。和田地區(qū)土壤具備較高的墾殖性和較大的開發(fā)潛力，土壤沙性較重，保水保肥能力不強(qiáng)，肥力低下，耕地土壤主要為灌淤土。

截至目前，和田地區(qū)大中小型水庫工程共49座，總庫容和興利庫容分別達(dá)6.761億m3和3.143億m3，建成引水渠首53座，水閘345座，堤防工程884.56 km。干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠總長度達(dá)33644.1 km，渠道防滲率約53.5%，各類渠系建筑物修建數(shù)量185262座，機(jī)井2870眼，其中農(nóng)用機(jī)井2634眼。和田地區(qū)現(xiàn)狀年灌溉總面積達(dá)到46.95萬hm2。其中節(jié)水灌溉面積18.74萬hm2，高效節(jié)水灌溉面積占比僅有4.3%。2018年和田地區(qū)灌區(qū)干渠、支渠、斗渠三級灌溉渠道防滲率55.8%，渠系水利用系數(shù)僅有0.54，灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)溝畦灌占比84.8%，灌溉水利用系數(shù)僅有0.458[2]。

圖1 和田地區(qū)概況

2 滴灌支管+輔管輪灌模式的應(yīng)用

2.1 滴灌支管+輔管輪灌模式的應(yīng)用

項(xiàng)目區(qū)土地集中連片，滴灌工程于2013年實(shí)施，灌溉面積955 hm2，灌區(qū)內(nèi)井眼40個(gè)，單井每小時(shí)出水量為45 m3～55 m3，滴灌支管、輔管輪灌布置見圖2和圖3，單井控制面積為400 m×400 m，灌溉系統(tǒng)采用支管+輔管輪灌模式，支管采用φ63PE管鋪設(shè)于地面，并安裝暗扣三通，滴灌帶按70 m單側(cè)長雙向型布設(shè)，間距1.3 m，單支管控制灌溉面積0.42 hm2，由單元入口球閥單獨(dú)控制。通過一個(gè)與地埋分干管相連的出水立管控制兩個(gè)支管輪灌單元，地埋分干管采用單側(cè)長度為70 m的φ63PVC管，并在單側(cè)長475 m的φ90PVC地埋干管對稱布設(shè)。

滴灌支管+輔管輪灌管網(wǎng)工作過程中，墨玉縣喀瓦克鄉(xiāng)總體地勢北高南低，海拔高程1058.3 m～1103.1 m，高差達(dá)44.8 m。按照地形高差將灌溉區(qū)域劃分為地形高差20 m以上的第一壓力區(qū)和地形高差20 m以下的第二壓力區(qū)，第一壓力區(qū)系統(tǒng)噴頭數(shù)9～10個(gè)，系統(tǒng)揚(yáng)程81.08 m～83.81 m，系統(tǒng)流量125.2 m3/h～141.0 m3/h；第二壓力區(qū)系統(tǒng)噴頭數(shù)12～14個(gè)，系統(tǒng)揚(yáng)程69.98 m～74.98 m，系統(tǒng)流量 165.5 m3/h～210.2 m3/h，管網(wǎng)設(shè)計(jì)圖見圖2、圖3。由于地形的差異、分干管長度不同、支管管徑差異，即使是同一壓力區(qū)內(nèi)相同型號的工作噴頭其水頭損失和噴頭流量也不同，灌溉系統(tǒng)中全部噴頭都在額定的工作壓力下作業(yè)。在當(dāng)前的滴灌工程中，支管輪灌管網(wǎng)布置型式較為普遍，然而對于面積較小的灌區(qū)，支管輪灌的優(yōu)勢便得不到發(fā)揮，滴灌工程的經(jīng)濟(jì)性大受影響。如和田地區(qū)墨玉縣部分項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件較差[3]，單井出水量小，與支管輪灌模式中單位灌溉單元支管進(jìn)水口水量接近，若通過支管輪灌，則灌溉系統(tǒng)只有一個(gè)灌溉單元工作，系統(tǒng)灌溉的均勻度將大大降低，若將單井流量劃分為兩個(gè)支管同時(shí)灌溉，則灌溉單元面積將減小，難以展開機(jī)耕，為此必須對滴灌支管+輔管輪灌管網(wǎng)布設(shè)型式進(jìn)行改進(jìn)。

圖2 滴灌支管輪灌布置

圖3 滴灌輔管輪灌布置

2.2 滴灌支管+輔管輪灌模式的改進(jìn)

灌區(qū)位于內(nèi)陸區(qū)，多年來由于大氣降水、徑流、河流滲漏等對地下水補(bǔ)給嚴(yán)重不足，水位下降較快，土壤顆粒粗、含水層層數(shù)少，埋深加大，地下含水層基本位于地下2.7 m及以下，導(dǎo)致上部含水層疏干，大量灌溉供水井水量減少或報(bào)廢。為克服灌區(qū)內(nèi)地形地質(zhì)條件對灌溉效率的不利影響，考慮在滴頭壓力補(bǔ)償作用下增大壩毛管布設(shè)的距離，并減少坡耕地使用地埋分干管和地表支管。壓力補(bǔ)償式滴灌帶采用硅膠補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的小型滴頭代替常規(guī)滴灌帶中的普通滴頭，使滴灌帶在一定壓力范圍內(nèi)具有流量恒定能力，項(xiàng)目區(qū)選用滴頭流量2.5 L/h、滴頭間距0.5 m、滴灌帶間距1.3 m的壓力補(bǔ)償式滴灌帶后，單井出流量約35 m3/h。考慮到單井流量及運(yùn)行管理的便利性，在單井控制面積內(nèi)可以設(shè)置兩個(gè)灌溉單元，地埋分干管，并連接出水管與支管，在采用支管+輔管輪灌時(shí)，連接支管與干管，并于支管上間隔15.6 m連接輔管。輔管輪灌與支管輪灌相比，由于在干管連接處增設(shè)了單個(gè)小管徑連接件，所以使大管徑連接件用量減少，工程成本降低。從干管到田間出水口管件使用量并無太大差距，輔管輪灌由于外鎖式管件的應(yīng)用而成本增大，但是輔管輪灌并不涉及土方工程，所以費(fèi)用降低。可見，滴灌支管+輔管輪灌管網(wǎng)布設(shè)模式適用于壓力補(bǔ)償灌溉工程。

微噴帶支管+輔管輪灌的灌溉模式是近年來備受關(guān)注的節(jié)水灌溉模式之一，國內(nèi)已經(jīng)有遼西地區(qū)、日照、勝利渠、雙河、文峪河、大黑河、海日蘇等大型灌區(qū)實(shí)施這一模式并積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過與已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的對比不難發(fā)現(xiàn)，對于和田地區(qū)分散的土地利用現(xiàn)狀，考慮使用微噴帶支管+輔管輪灌模式增加灌溉面積，縮短灌水周期，降低投資完全可行[4]。根據(jù)改進(jìn)后的管網(wǎng)布置（圖4），使用φ32微噴帶可使灌溉流量增大為10 m3/h，微噴帶鋪設(shè)長度不足100 m，將地埋分干管間隔7 m～9 m截段并安裝立管、三通和彎頭，使其與微噴帶連接。單條微噴帶灌溉面積可達(dá)0.09 hm2，兩條微噴帶作為一個(gè)灌溉單元，兩個(gè)灌溉單元由單個(gè)出水管控制。可以考慮在和田地區(qū)現(xiàn)有灌溉單元，取消地埋分干管，鋪設(shè)長支管，并按照設(shè)計(jì)間隔截段后安裝球閥等管件，使之與微噴帶連接。微噴帶的使用減少了大直徑管件的使用，并無土方工程，使灌溉系統(tǒng)成本大大降低，施工難度下降，田間出水管的取消有利于機(jī)械化作業(yè)。

圖4 改進(jìn)后的管網(wǎng)布置圖

3 結(jié)論

隨著支管輔管輪灌管道級數(shù)的增加，連接管件增多，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，灌溉系統(tǒng)內(nèi)控制閥門也隨之增多，管理難度增大。同時(shí)考慮項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件及滴灌模式的適用性，則支管+輔管輪灌模式系統(tǒng)投入少，運(yùn)行效率高，作物增產(chǎn)效果明顯，灌溉結(jié)束后管材管件由農(nóng)戶收回保管，下一茬作物灌溉仍能繼續(xù)使用。壓力補(bǔ)償?shù)喂嘀Ч?輔管輪灌模式下能有效增大灌溉單元流量，并通過控制管材、管件、管徑實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)，或是通過灌溉面積的控制改變田間出水管的分布，在地表處設(shè)置地埋分干管，直至灌溉期內(nèi)再安裝支管、輔管及微噴管，在作物生育期結(jié)束后拆除管網(wǎng)，按順序進(jìn)行管材管件編號并由農(nóng)戶保管，大大提高了管材管件的使用效率。總之，滴灌支管+輔管輪灌模式改進(jìn)后適用于小面積灌溉區(qū)域，通過增加輪灌組使灌溉單元大大減少，管材管件用量得以節(jié)省，而且管網(wǎng)設(shè)置于地表，無土方工程量施工，經(jīng)濟(jì)性提升。