滾移式噴灌機在昭蘇草場灌溉中的應用

吳 紅

（新疆瑞昶設計有限公司,新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

昭蘇縣草料儲備基地位于伊犁地區昭蘇縣馬場境內,東側為烏玉爾臺河自北向南穿過,工程區位于兩河之間,土地面積32000 畝。根據現場踏勘,現狀為天然草場,植被覆蓋率60%左右。為提高水資源利用率結合昭蘇縣畜牧業總體規劃,縣畜牧局擬實施劃昭蘇縣草料儲備基地,建設人工草場30000 畝。

昭蘇縣氣象站統計,多年平均降水量507 mm；多年平均蒸發量1230.9 mm。年均氣溫3.3 ℃,最大凍土深度127 cm。全年盛行東北風,年平均風速2.0 m/s。

2 工程實施的原因

項目區南北長6 km左右,東西寬3.5 km左右,總面積30000 畝左右,海拔1689 m~1728 m之間,總地勢為北高南低,自西向東傾斜,植被覆蓋率60%左右。項目區土壤以暗栗鈣土、草甸栗鈣土為主,pH值6.5~8.5 之間,呈中性-堿性,區域內水土光熱資源豐富,十分適合牧草生長,是昭蘇縣重要的畜牧基地之一。近年來,國家實施退牧還草工程和草原生態保護獎勵機制以來,草場退化的趨勢和水源涵養區生態環境得到了很大的改善。但是隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高,對畜牧產品的數量和質量提出了更高的要求。為了進一步提高畜牧業發展,實現畜牧業規模化發展,根據區域水資源現狀昭蘇縣畜牧局擬實施劃昭蘇草料儲備基地建設項目,建設人工草場30000 畝。

3 設計方案

3.1 種植作物

昭蘇馬場位于中天山山系的昭蘇為特克斯山間盆地,屬寒溫帶亞干旱氣候區。參考昭蘇縣長期進行的牧草栽培試驗研究成果,選擇紅豆草+無芒雀麥進行補播,以提高牧草產量。

3.2 灌溉方式

根據氣象站資料,項目區全年降雨量507 mm（畝均降水量367.3 m3）,其中4 月~9 月多年平均降雨427.4 mm（畝均降水量285 m3）。所以采用補充灌溉方式,灌水期為4 月中旬至5 月下旬,8 月上旬至9 月下旬進行灌溉。

表1 灌溉方式比選

綜上所述,本項目種植作物以牧草為主,根據項目區地勢及土壤條件、作物生長特點、工程投資和管理運行等方面,綜合考慮,選擇滾移式噴灌機進行灌溉。

3.3 供需水平衡分析

根據昭蘇縣氣象站資料,項目區全年降雨量507 mm （畝均降水量367.3 m3）,其中4 月~9 月多年平均降雨427.4 mm （畝均降水量285 m3）。所以采用補充灌溉方式,灌水期為4 月中旬至5 月下旬,8 月上旬~9 月下旬進行灌溉。

分析項目區降雨量,結合草場灌溉方式 ,確定草場補灌定額140 m3/（畝·年）,項目區灌溉面積30000 畝,全年需水420 萬m3,工程實施后,采用管道輸水,田間灌溉采用噴灌灌溉[1],灌溉水利用系數按0.85 考慮,全年共需水494.12 萬m3。

表2 水土平衡分析表 單位：萬m3

4 工程設計方案

據工程總體布置,在烏玉爾河西側布置調蓄池1 座,新建滲管一條,滲渠引水后,通過集水井、輸水管進入蓄水池[2]。項目區內部地勢相對平坦,相對高差僅25 m左右,噴灌系統工作壓力至少需要30 m,不能形成自壓,因此田間灌溉采用滾移式噴灌機加壓噴灌。

4.1 滲渠設計

項目工程以烏玉爾臺河水為供水水源,滲渠由集水管、人工反濾料和集水井組成。通過修建河道地下滲管、截取河道地下潛流取水,為提高滲管截取潛流的能力,在緊靠滲管下游截斷潛流滲流通道,截斷方式為：對河道覆蓋層進行大開挖,開挖邊坡1∶0.3,開挖深度到河道不透水層,及河道覆蓋層下的基巖上,修建鋼筋砼截滲墻。

滲管設計技術參數的選定：滲管內水流流速取0.4 m/s；充滿度取0.5 D,滲管埋設坡度2.0%,進水孔流速0.01 m/s,滲渠埋深不小于2.2 m。

在河床下集取河床滲透水,平行河流布置的非完整式滲水渠出水量按照《給排水設計手冊》中公式3-301、3-302計算：

式中：L為滲渠長度,m；K為滲透系數,m/d；a為淤塞系數,根據水的渾濁情況確定,渾濁度高時,采用0.3；Hy為和流水面至滲渠頂深度,m；H0為集水井內水位對滲渠出口所施水壓力,當滲渠內為100 kPa（大氣壓）時,H0=0,一般采用H0=0.5 m~1.0 m；T為含水層厚度,m；h為河床至滲渠底的深度；d為滲渠直徑或寬度。

集水管采用穿孔鋼管,管徑為DN800,鋼管壁厚11 mm,孔徑8 mm,孔中心距80 mm,行中心距100 mm。引水流量1.6 m3/s。

為保證取水量,本項目滲管設計長度為600 m。

4.2 調蓄池設計

采用鋼筋砼結構,墻厚0.25 m,底板厚0.25 m,調蓄池深度3.2 m。根據地質勘察報告,池底及邊墻換填非凍脹土60 cm,池底尺寸38 m×280 m,游積深度0.2 m,超高0.6 m,總容積34000 m3,有效容積25000 m3。調蓄池由滲渠取水,含沙量較少,因此不設清淤坡道,灌溉期結束或停水期間,采用人工清淤即可。

根據抗凍脹計算得調蓄池沉沙池底換填層厚度為39 cm~48 cm,底部換填層厚度為55 cm,本次設計結合項目區周圍已建工程,砂礫石換填厚度采用60 cm。要求砂礫石級配良好,有足夠的砂粒充填礫石空隙,以保證基土顆粒不會穿透到砂礫石層中,以防止置換層被淤塞。

4.3 泵站設計

揚水泵站1 座,裝機流量均1.6 m3/s,包括泵房和配電室兩部分,平面尺寸24.84 m×5.7 m,建筑面積142 m2,配套臥式單級雙吸臥式離心泵3 臺（兩用一備）,流量650 m3/s,揚程50 m。

4.4 田間灌溉

田間管網采用梳式布置,干管從調蓄池引水,分干管垂直干管布置,根據噴灌機工作長度,每306 m布置分干管一條,分干管每18 m布置出地樁一個。滲渠收集河水后通過調蓄池沉淀、泵站加壓后,進入輸水管道。田間灌溉采用ZY-2型噴頭,噴灌機從出地樁引水。

表3 ZY-2型噴頭參數表

結合項目區天然草場的現狀,選用建筑工程量較少且無需電力驅動的滾移式噴灌機GYP-300。

表4 GYP-300滾移式噴灌機參數表

每臺噴灌機控制灌溉面積按800 畝計算,項目區灌溉面積30000 畝,共需配套38 套。

5 結語

該項目的實施解決了昭蘇縣馬場30000 畝草料基地的水源問題,為昭蘇縣蓄牧業的發展提供了可靠保證。草場增加載畜量7000 頭。年增加干草3975 t,利潤可增加240 萬元。項目建成后,提高了草原生態自我修復能力,復壯了區內退化草地,對于保護和改善區域生態環境具有重要作用。