康保縣京津風沙源節水工程的設計與施工

□樊林果

康保縣京津風沙源節水工程的實施可以使當地林草面積達到宜林宜草面積的80%以上，土地利用率達到80%以上，攔沙保土效率超過70%，經濟效益增加15%左右。通過節水工程的建設，充分利用當地的地下水資源，改善康?？h項目區生產生活條件，擴大水澆地面積，增加農作物產量，同時全面建設節水工程也能對京津地區風沙源進行全面有效的治理。

1.工程基本情況

1.1 工程概況

康保縣隸屬河北省張家口市，氣候為典型的溫帶大陸性氣候，年平均氣溫僅為1.2°C，年降水量為360mm 左右，全年6 級風速以上的風日為60 天左右，由于降水量稀少，所以康?？h干旱嚴重，全縣河流水系以季節性河流為主。康保縣氣候寒冷，大風較多降水量稀少，水資源匱乏，土地荒漠化嚴重，是京津地區風沙的主要來源。因此，推進普及和發展節水工程對康?？h來說是必要而迫切的。

康?？h京津風沙源節水工程的主要項目區為哈咇嘎鄉義合堂項目區以及滿德堂鄉秦家營項目區，兩處項目區的項目建設總規模為：膜下滴灌控制面積1125 畝，其中鋪設地下管網PVC-U管10730m，地上管網PE 管12040m，內嵌式滴灌帶75.9 萬m。

1.2 基本資料

義合堂項目區土地類型主要以鈣栗土為主，農作物主要有莜麥、菜花、西蘭花、青尖椒等，秦家營項目區屬于栗鈣土，有部分草甸土，耕地均為褐土，農作物主要有莜麥、土豆、青尖椒等。

根據兩個項目區周邊機井資料分析，當地地下水均滿足開采需要。地下10m～25m 為風化巖碎石，含水層巖性弱，基巖裂隙含水層在60m 深度內，厚10m～20m，含水和透水性較好，項目區所用10 眼機井出水量均滿足25t/h。

2.節水工程設計

2.1 設計原則

增產增收原則?？当？h氣候干旱少雨，農民從事農業種植靠天吃飯是遠遠不夠的，康保縣京津風沙源節水工程建設能夠最大程度利用水源，使農作物得到充分澆灌，最終幫助農民實現增產增收目的。

經濟性原則。節水工程的設計要結合項目當地實際發展，根據兩個村的實際情況，在設計中進行多種方案對比，在保證實際效果的同時還要做到節省建設資金以及后期維護、運行費用。

表1 水土保持工程經濟效果表

方便性原則。節水工程建設之后的操作和維護都要當地村民來進行，由于當地村民一直以來采用大水漫灌的灌溉方式，操作極其簡單但對水資源浪費極大，村民習慣簡單的操作方式，如果設計復雜的節水灌溉流程，將不方便村民后期對其進行管理以及實際的灌溉操作，故在設計中要堅持方便性原則。

2.2 設計參數

此次節水工程的設計結合兩村實際條件和種植情況，設計參數選擇如下：義合堂村和秦家營村3 個地塊日耗水強度Ea=4.0mm/d；土壤濕潤比P=70%；濕潤層深度：30cm；灌溉水利用系數：η=0.9。

2.3 管道布設原則

管道布設首先要考慮兩村主要種植農作物為莜麥和土豆，兩種作物在生長過程中灌溉需求不同，要根據具體地塊建設合適的輸水干管。其次，管道布設要結合地形地貌，做到因地制宜，盡可能縮短管道建設總長度，盡量規避地塊附近建筑物等。第三，管道在鋪設過程中盡量做到平順，減少因塌陷造成的管道扭曲以及可能出現的滲水。最后，由于康?？h年平均氣溫較低，所以為了防止管道冬季凍害，所有輸配干管均采用地埋式。

2.4 灌水器選擇及管網布置

根據目前國內灌水器的種類和水力性能，項目采用滴灌帶，管徑Φ 16mm，工作壓力10m，流量2.0L/h，滴頭間距0.3m。滴灌帶選擇完畢之后，要根據義合堂村和秦家營村項目地塊地形、水源情況以及農作物種植區域選擇布設方式，并考慮灌溉均勻度等因素，綜合各種因素選擇最合適的布置形式。根據對兩個項目3 個地塊的實地考察，最終確定節水工程管網布置具體的流程：井—管道—泵站—過濾器—施肥罐—干管—分干管—出地豎管—支管—毛管。

2.5 灌水定額及灌水周期設計

灌水定額主要是根據項目地具體農作物生長的需求為基礎進行設計的。計算公式為：

式中：

ms—設計灌水定額(mm)；

h—土壤計劃濕潤層深度，取h=30cm；

γ—土壤容重，g/cm3，取1.4g／cm3；

p—設計土壤濕潤比，取70%；

β1—土壤適宜含水量上限，取90%；

β2—土壤適宜合水量下限，取60%。栗鈣土田間持水量為重量的17%～30%，取25%。經過計算得出滴灌灌水定額為20.29mm。灌溉水利用系數0.9，則毛灌水定額為22.54mm。

灌水周期計算公式為：

式中：

ms—設計灌水定額（mm）；

Ea—設計耗水強度，取值3mm。

經計算，T=6.76d，灌水周期取6.5天。一次灌水持續時間用此等式計算：

式中：

ms—設計灌水定額(mm);

Sr、St—分別為植物的行距、株距，Sr=0.9m，St=0.3m；

q—灌水器流量，q =2L／h;

經計算t=3h。

2.6 輪灌組數確定

根據井的出水量以及管道的控制流量確定輪灌組數。義合堂項目區地塊共有分干管12 條，每條分干管控制3個給水栓，共有給水栓36 個。每個給水栓控制兩條支管，支管長度50m，根據不同區塊，具體考慮支管輔支管以及毛管的管網組成，每條毛管長度75m～100m。根據給水栓的數量以及支管和輔助支管的管網結構，最終確定輪灌組為48 組。

2.7 首部樞紐裝置選型及泵型選擇

首部樞紐主要包括過濾器、施肥灌、恒壓變頻裝置。過濾器關乎輸水質量，所以必須根據水的流向進行安裝，施肥灌要安裝在逆止閥的后面，否則施肥灌將不起作用。此次典型系統水源為井水，因而選擇離心式水沙分離器與篩網過濾器的組合，規格為4″，施肥系統選用容量為50L 施肥罐，恒壓變頻裝置根據經濟性原則選用國產設備。為把肥料吸入微灌管道中，施肥罐一般需要7m～14m 的水頭損失，此處首部損失取10m。

水泵泵型的選取主要根據設計流量以及揚程。水泵設計揚程的計算公式為：

式中：

H—設計揚程（m）;

hd—工作水頭（m）;

hz—管網水頭損失（m）;

ΔZ—動水位埋深（m）。

此次典型地塊原有水泵型號為175QJ-32-104，根據計算該水泵滿足設計要求。

3.節水工程施工

3.1 施工量的確認

康?？h此次節水工程共發展膜下滴 灌12040m，鋪 設PE 管 道12040m，PVC 管道10740m，用內嵌式滴灌帶75.9 萬m，排水井14 眼，控制面積1125畝?？偣こ塘?984m3，其中土方開挖4992m3，土方回填4992m3。

3.2 施工工藝和方法

施工工藝和方法是實現節水工程設計的關鍵，一個好的施工能延長節水工程使用壽命，同時能避免后期出現的一系列問題，從而節省維護費用。

3.2.1 管溝開挖

根據當地土質特點，選擇小型挖掘機與人工配合的方式進行作業，管溝開挖既要滿足工程設計需要，也要選擇適合時間，盡量避免與農作物耕種時期重疊，并且管溝開挖的挖土堆放既要做到方便回填，又要做到少毀壞農田莊稼。

3.2.2 材料的檢驗與堆放

管材質量好壞直接關系工程效果，所以在管材進入現場施工前要對管材進行詳細檢驗，管材規格質量等檢驗完畢之后，要對管材進行合適堆放，防止管材變形老化，將相同規格管材集中堆放，方便后續工作人員施工，保證施工速度。

3.2.3 管道安裝

管道的安裝程序為準備—清理—上膠圈—刷潤滑劑—對口插入—檢查。管材安裝前要將型號、工具、安裝材料準備齊全，并將所有待安裝的管道工作面清理干凈，避免發生接口處滲水、漏水情況，膠圈注意安裝方向禁止使用油類潤滑劑。最后對安裝過程進行檢查，確保管道安裝完好。

3.2.4 管道試壓

管道安裝后要進行耐水壓實驗，管道經過升壓達到試驗壓力之后保持10min 左右，在此過程中觀察管道壓力下降的情況，如果管道壓力下降超過0.05Mpa，則表明管道出現滲漏，隨后進行滲水量實驗。

3.2.5 設備安裝

管道安裝完畢、試壓合格之后，進行滴管系統以及機電設備等設備的安裝，安裝前需對所有設備和工具進行檢查，安裝時需注意接口的方向以及密封等問題。

3.3 施工注意事項

施工過程中如遇到無法達成設計方案要求的情況，要及時與項目設計人員進行溝通，對項目設計方案進行優化。施工過程中要結合農業生產季節性的特點，選擇農閑時節進行項目建設施工，最大程度避免因施工對農田莊稼的破壞。同時，由于施工現場需要應用大量的挖掘機裝載機等大型機械設備，項目作業地毗鄰村莊，在施工過程中要做到及時的疏導，避免無關人員進入施工現場。同時，在水井邊以及挖掘好的基坑管溝附近設置警示牌，當天施工結束之后拉好警戒線，避免出現人員跌落等意外情況。

4.節水工程效益

此次康?？h節水工程的總投資為75 萬元，在建設之前要對節水工程產生效益進行充分分析論證。兩村通過滴灌節水工程的建設，大大減少了土地的灌溉成本，據測算，節水工程的實施，每公頃灌溉用量可降低到165m3，節水率75%。按作物全育期內實施6 次灌溉，每公頃年可節約用水1500m3，1125畝農田年可節約用水11.3 萬m3，按水0.5 元/m3計算，年節水效益6 萬元。同時節水工程的實施，有效促進了當地農民的增產增收，增加了人均收入。

5.結語

康保縣京津風沙源節水工程的實施，可有效滿足當地群眾灌溉需求，促進當地農業穩定發展，同時節水工程大大減少農業用水數量，對地下水形成保護。節水工程使當地不再為灌溉問題發愁，在農作物的選擇上更為廣泛，可以種植經濟效益較高的農作物，實現土地增產，土地增產一定程度上促進了其他耕地的退耕還林、退耕還草，增加了林草覆蓋率，保持了水土，改善了當地氣候條件，大幅減少京津地區沙塵來源，為京津撐起綠色屏障。□