南堡子村暗管工程農田灌溉設計與工程布置

呂鐵路

（興平市水利局，陜西 興平 713100）

0 引言

暗管輸水灌溉技術在我國上世紀90 年代就開始試驗，取得成功后開始重點推廣，目前該低壓管道輸水技術已經列為我國科技興農的重要內容。陜西省各地市已經完成上億畝節水農業暗管輸水灌溉示范工程，綜合效益十分顯著。南堡子村位于陜西省興平市東北塬上，向南3 km 處有一條東西走向寶雞峽東三支渠，因距該工程所在地較遠，加上現在農民發展經濟作物，如桃、葡萄、草莓等急需灌溉水，因而在暗管工程實施前灌水非常困難，滿足不了農作物需水要求，幾乎處于靠天吃飯狀態，因此決定實施暗管工程。

1 工程供需水量分析

灌溉用水量采用定額法計算，用水基準定額根據灌溉分區、作物種植結構、用水保證率、土壤屬性等綜合確定。由于工程區內種植作物主要為桃、葡萄、草莓等需水性作物，工程區內土壤主要為壤土，則根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB 50288-2018），確定不同保證下灌溉用水基準定額為：P=50%時為85 m3/667 m2，P=75%時為130 m3/667 m2。區域內灌溉水利用系數η 按下式計算：

式中：ηs為管道水利用系數，取ηs=0.97；ηf為田間水利用系數，取ηf=0.91。由此可以求得工程區內灌溉水利用系數η=0.8827。

根據種植作物、保證率和土壤性質來確定項目區農田灌溉用水定額。項目區內種植作物主要是桃子、葡萄和草莓，其中桃子保證率為50%、葡萄和草莓保證率為75%，土壤性質為壤土，按以上條件參考陜西省興平市用水定額，確定不同保證率下灌溉用水定額：P=50%為90 m3/667 m2，P=75%為135 m3/667 m2。

（1）凈灌溉需水量

凈灌溉需水量是不包括損失的灌溉需水量，指完全用于作物的水量，采用定額法計算，公式如下：

式中：Wj為凈灌溉需水量，萬m3；A 為灌溉面積，本工程灌溉面積為13.34 萬m2，M 為灌溉用水定額（m3/667 m2）。

經計算分析，不同保證率下的凈灌溉需水量為：P=50%為1.8 萬m3，P=75%為2.7 萬m3。

（2）毛灌溉需水量

毛灌溉需水量是包含損失在內的灌溉需水量，即除作物吸收的水量，還包括輸水過程和灌入田間的損失水量，采用下式計算：

式中，W 為毛灌溉需水量（萬m3），η=0.8827。

通過上式計算分析區不同保證率下的毛灌溉需水量為：P=50%為2.04 萬m3，P=75%為3.06 萬m3。

2 暗管工程農田灌溉設計與工程布置

2.1 暗管工程農田灌溉設計思路

暗管輸水灌溉，管道布設應采用樹枝狀管網布設型式，并按輸水主管和配水支管兩級固定管道級數，并根據南堡子村現有地塊布設，支管間距初設為80 m～100 m，管道采用承插涂粘合劑的方法連接，并在臨近管道井口的位置設置排氣閥門，各級管道進口處設置安全控制閥，排水井設置于距離水源地較遠的管道出水口末端。管道中所使用的三通、彎頭等附件必須與管材相配套，出水口、安全閥等均采用標準鑄鋼定性件。初設出水樁間距40 m～50 m，并主要根據灌區地形進行調整。為防止水泵非正常關閉或其他故障導致灌溉水在管道內倒流，必須在管網系統首部設止回閥。此外，為防止泵停同時管道內積水倒流所產生的負壓導致管道變形，還應在管道首部最高位置處設置進排氣閥。

2.2 管網布置

暗管工程所在地處于店張向南走向半塬上，地勢南高北低西高東低，店張街道辦事處東南方向，距辦事處約2 km，交通便利。該工程共埋設?110 mmPVC-U1800 m，出水口29 個，建成后可控制灌溉面積13.34 hm2。

其中，南北向布置一道主管，東西向布置支管共4 道，支管間距約100 m，支管上出水口約50 m 留一個。管材為PVC-U，直徑110 mm，泵下的深度一般大約120 m，出水量50 m3/h。

南堡子村暗管工程按照主、支兩級設計和布設管網，南北向主管南向末端設1 個出水口，4 條支管上分別布設7 個出水口；主支管道在地下埋設，通過立管使之與地面配水溝壟連接，見圖1。為達到農業灌溉的要求，必須在大棚外的支管上設置和安裝出水樁，支管上出水口約50 m 留一個，通過出水樁配合水龍帶進行棚內灌溉。

圖1 南堡子村暗管工程管網布置示意圖

2.3 出水口設計

出水口口徑關系到輸水暗管能否正常運行，由于南堡子村暗管工程深井只開一個口，無形中增大了管路工作壓力，減少了水泵出水量，降低了輸水灌溉效率，存在爆管的潛在威脅。為此，應根據《農田排水工程技術規范》（SL 4-2013），不同出流流量對應的出水口口徑，擬定和設計南堡子村輸水暗管工程出水口口徑，出水口口徑與管道配套即直徑為110 mm。在考慮水泵流量及其與輸水軟管匹配性的基礎上，軟管設計長度按70 m確定，并在單個給水栓上同時布設數個橫向出水口，實際灌溉過程中對于閑置不用的出水口，應取下給水栓并封蓋。

南堡子村暗管輸水管道由于輸水距離短，所以不考慮其他因素。在每座大棚進口處設置一個斷面為20 cm×20 cm、高1.0 m 的出水樁，其地面以上高25 cm，并利用C15 砼將出水栓澆筑固定。在各個輸水管道末端安裝堵頭，便于定期排沙。

2.4 灌溉制度

2.4.1 灌溉周期

灌溉周期是農田灌溉系統設計中重要的參數。其中灌水定額主要取決于作物在生長期內的耗水量，該耗水量包括作物植物蒸騰作用消耗、土壤表面揮發、植物組織需求等。不同的作物類型，灌水定額也不相同。項目區主要作物桃、葡萄和草莓灌溉周期見表1。

表1 項目區主要作物灌溉周期

表1 中灌水定額利用土壤田間持水量資料計算，田間持水量是指在項目區土壤排水良好的情況下，排水后不受重力影響而保持在土壤中的水分含量。

2.4.2 灌溉工程灌溉情況分析

每次開一個出水口，第一個出水口開后再開啟電閘，下一個出水口開后關上一個出水口，最后一個出水口待電閘關后再關閉。灌溉時可根據不同作物與不同地塊其需水狀況靈活掌控，以滿足作物需水要求。

3 結論

南堡子村暗管輸水灌溉工程于2016 年底投建，2018 年10月建設完成，于次月投入運行。工程運行后，經濟效益、社會效益和節水生態效益十分顯著，陜西省興平市東北塬農業生產條件得到改善，農業綜合性生產能力大大提升，農業規模化生產的條件基本具備。輸水工程的實施，使得工程投資節約，避免了灌溉水的蒸發與漏損，節地復耕，縮短了灌溉時間，區域內農田平整肥沃、水利設施配套、優質高產高效的農業生產目標基本實現，土地利用率和產出率大幅提升。