低壓管道節水灌溉技術在高標準農田建設中的應用
——以十字路街道6 000畝高標準農田建設為例

姜 敏，徐文菊

（1.莒南縣十字路水利服務中心，山東 莒南 276600；2.莒南縣大店水利服務中心，山東 莒南 276600）

國家非常重視高標準農田的建設，從國家角度出發保障糧食安全是有非常重要的戰略意義的，高標準農田建設是增加糧食產量的重要手段。我國是農業大國，農民人口眾多，糧食穩產增產是提高農民收入的重要途徑之一，在當今經濟社會高度發展，耕地非常緊張的情況下。要提高糧食的產量，建設高標準農田是有效的途徑，國家對高標準農田建設高度重視，建設高標準農田可以有效改善農民增收緩慢、農業綜合生產能力較弱的現狀。因此，國家每年都會加大對高標準農田建設扶持的力度，每年都下達建設指標。山東省莒南縣十字路街道2019年獲得6 000畝高標準農田建設項目，該項目投資750萬元，其中水利措施投資達到600萬元，占總投資的80%，可見水利設施的規劃建設在高標準農田建設項目中非常重要，水利設施規劃的好壞幾乎決定了項目建設的成敗，經過多方論證，在項目建設中水利設施農田灌溉宜采用節水灌溉技術，因此在充分論證的基礎上決定采用低壓管道節水灌溉技術，文章就低壓管道節水灌溉技術的應用進行探討。

1 項目區范圍、規模

1.1 項目區范圍

項目區位于山東省莒南縣十字路街道內（十字路街道為莒南縣縣城駐地），位于十字路街道西南部，涉及白家嶺、劉家官坊、東風、土溝、溝頭、馬蹄湖及官莊居7個村居，涉及8 685人，范圍西到白家嶺村東至官莊居村，南至十字路與相溝鄉界，北至518國道。

1.2 項目區規模

項目區計劃建設高標準農田6 000畝，其中農業生產用地5 880畝，占總規劃面積的98%，120畝為建設用地，占總規劃面積的2%，治理措施主要有水利、林業、農業、科技培訓、道路建設等。

2 項目區概況

2.1 氣候、水文情況

莒南縣屬暖溫帶季風區半濕潤大陸性氣候，大陸度61.1%。氣候總特征是春季溫暖，干燥多風；夏季濕熱，雨量充沛；秋季涼爽，晝夜溫差大；冬季寒冷，雨雪稀少。四季分明，光照充足，無霜期長。常年最熱月為7月和8月，平均氣溫為25.5℃，年際變動在28.2～23.3℃，極端最高氣溫為38.9℃（1988年7月8日）；常年最冷月為1月，平均氣溫為-1.9℃，年際變動在-4.6～0.3℃。極端最低氣溫為-19.2℃（1969年2月5日）。當地有“冷在三九，熱在中伏”之諺。多年平均降雨量856 mm。處于華北季風區，春季多東北風和東南風，夏季多南風和東南風，秋季多西風和西南風，冬季多北風和西北風。歷年降水量分布中間少，東西多，由東西部向中間遞減。各月平均日照時數以5、6月份最多，分別為244.1 h和222.0 h。最少是2月和7月，分別為173.7 h和181.4 h。

2.2 地形地貌情況

莒南縣跨膠南地體和沂沭斷裂帶。項目區屬魯東南丘陵區，地勢總特點是東高西低，東部是北高南低，并向東南和西南呈脊背狀傾斜。地貌以大店、十字路至相溝為界，分為東西兩部分：東部低山丘陵區，西部平原區。大致分為低山丘陵區、剝蝕丘陵區、嶺下平地和洪積-沖積平原區四種地貌類型。以低山丘陵為主，其他類型地貌分布面積較小。低山丘陵區大店至十字路以東部分分布于南部和東南部，十字路、相溝及洙邊等鎮街的部分地區屬于低山丘陵區。海拔高度在100 m以上、坡度大于8°的低山丘陵區約為226～400 km2，土層較薄；東及東南部山低嶺緩，土層較厚。

地表多被殘坡土覆蓋，土層較厚，以白漿化棕壤為主，縣內多墾為耕地。嶺下平地縣境東部的山前平地、嶺間平地及沿河谷地，為嶺下平地區，多與低山丘陵和剝蝕丘陵相間分布。特點為谷寬而平，地塊大，階差小。成土母質為洪積物、沖積物及殘坡物。土壤類型為潮棕壤、河潮土、水稻土，局部為白漿化棕壤，是縣內糧油耕作區。

2.3 水資源情況

項目區有2座小型水庫（官莊水庫（小一型）、黃莊水庫（小二型）），3條小型河流白龍河、黃莊河、官坊河，6眼大口井，水資源水量及水質能滿足項目區灌溉用水要求，降水主要集中在6-9月份，其中7-8月份降雨最大，占全年的65%，其他月份降雨只占到全年降雨總量的35%左右。

2.4 土壤和植被情況

項目區屬于低丘陵區，土壤以風化沙壤土為主，土層覆蓋厚度50～60 cm，主要種植玉米、小麥、花生等農作物，植被以人工種植的楊樹居多，土地比較平整水土流失不嚴重。

2.5 項目區水利設施現狀

項目區在項目實施前沒有很好地配套水利設施，由于項目區地勢較高不能進行自流灌溉因此小型水庫沒有灌區配套，平時灌溉就靠農民自己的小水泵各自取水澆地，形不成規模，效率低下，浪費能源，影響糧食產量。

3 項目區水利設施規劃情況

通過對項目區的規模、范圍、氣候水文、地質地貌、土壤植被等條件的細致了解，以及項目的建設要求、現狀土地利用情況，種植情況主要以小麥、玉米、花生等為主，在灌溉節水方面采用噴灌、微灌等造價過高不經濟，因為種植的都是普通農作物、糧食作物，在充分論證分析的基礎上，所有專家、設計人員、當地領導等都認為項目區水利灌溉配套設施采用低壓管道灌溉最為合理科學，技術人員對低壓管道灌溉進行了詳細的規劃設計。

根據實際情況和項目區村莊坐落位置以及水源情況等，本著經濟節約、實用高效的原則在項目區規劃設計低壓灌溉6處（白家嶺、劉家官坊、東風土溝合為一處、溝頭、馬蹄湖、官莊居），每處控制900～1 000畝土地，設計低壓管道灌溉系統一套。以下就以官莊居低壓管道灌溉系統為例具體分析低壓管道灌溉系統的設計、使用及發揮的作用，官莊居地塊大體呈長方形，東西方向1 490 m，南北方向423 m，地勢中間略高，總體地勢平緩，高差不大，其他5處地形、地勢、面積等相差不大，就是取水水源有區別，有從水庫取水的，有從河道取水的，有從河邊大口井（大口井起到過濾作用）取水的，水源都能滿足灌溉需要。

4 十字路街道高標準農田建設官莊居片半固定式低壓管道節水灌溉典型設計說明

官莊居片位于整個項目區的東部，建設高標準農田地塊大致呈長方形，東西長1 490 m，南北寬423 m，合計面積945畝左右，在建設區東北部有一座小一型水庫總庫容102萬m3，能滿足官莊居片農田的灌溉要求，官莊居片農田主要種植小麥、玉米、花生等農作物。

4.1 設計依據的規范標準及灌溉水源機泵房情況

（1）GB/T 50363-2006《節水灌溉工程技術規范》；

（2）GB 5084-2005《農田灌溉水質標準》；

（3）GB/T 20203-2017《低壓管道輸水灌溉工程技術規范》；

（4）GB 50290-98《灌溉與排水工程設計規范》；

（5）SL 72-94《水利建設項目經濟評價規范》。

在距項目區東南方向300 m處有小一型水庫官莊水庫，總庫容102萬 m3，通過化驗檢測、測算水質和水量都能滿足灌溉需要，在水庫合適地點建設一座水泵機房，安裝灌溉系統的水泵和動力系統。

4.2 官莊居片低壓管道節水灌溉管路系統規劃布置

由于官莊居片地形為長方形，因此官莊居低壓管道節水管路采用三級管路布置半固定式干管，支管采用埋入地下的固定式，支管上設置給水栓，通過給水栓向灌溉毛管供水，灌溉毛管采用移動式軟管，管路系統采用“魚骨”型布置，根據地形一條主管道布置在項目區中心，垂直主管道從主管道兩側對稱分出支管道，主管道和支管道通過支管上的控制閥門控制，每個支管和主管分界處設置閥門井，閥門井采用M7.5砂漿砌多孔磚磚井身、C20鋼筋砼預制閥門井井蓋結構，深度1.2 m，井徑2*1 m。共建設16個閥門井，每個閥門井控制2條支管，在管道變化處、急轉彎處、變徑三通處等設置鎮墩防止管道變形震動，鎮墩用C20混凝土澆筑。

閥門井分水，控制閘閥設置在支管道上，在支管道上設置給水栓，主管道和支管道采用固定式，在支管道設置給水栓向移動式塑料軟管供水進行灌溉，每條移動軟管50 m長，主管道長度1 740 m，支管道設置32條，支管間距100 m，長度200 m，每條支管控制灌溉面積30畝，在支管道上設置5個給水栓，給水栓間距40 m，每個給水栓控制灌溉面積6畝，具體規劃如圖1所示。

圖1 十字路街道高標準農田建設官莊居片區低壓管道灌溉管路布置圖

4.3 管道流量設計計算

（1）確定灌水定額：根據已知條件，ρ土=1.45 g/cm3，ρ水=1 g/cm3，β田=26%，H=60 cm，β1=β田0.9=23.4%，β2=β田0.65=16.9%，η田=0.9。

把數據代入下面公式得：

（2）確定灌水周期：T=62.8/6≈10 d。

（3）確定灌區灌溉用水總量：

（4）確定輪罐組，干管流量為293 m3/h，每4條支管每天同時工作，每2條支管一組在主管道的兩側，在灌區的首端或末端開始灌溉，如果一組從首端開始，另一組就從末端開始，2組支管對向灌溉，整個灌區劃分為8個輪罐組，這樣每條支管的流量是73.25 m3/h，灌溉的面積是73.25/42=1.74畝，每天灌溉的面積是1.74*14*4=97.44畝，這樣10 d可灌溉970畝地，在一個輪灌期內可以把全部灌區澆完。

5 灌溉管道的水力計算確定管徑

5.1 管徑計算公式采用如下公式

式中：D經為經濟管徑，m；Q設為管道設計流量，m3/s；V經為管道經濟流速，在此取1.5 m/s。

將支管流量帶入公式計算得支管管徑：

將干管流量帶入公式計算得干管管徑：

支管管道選取壓力0.6 MPaφ160 PE壓力塑料管1 740 m，干管管道選取壓力0.6 MPaφ355 PE壓力塑料管3 200 m。

5.2 沿程水頭損失計算公式采用如下公式

hf=fLQm/db，

式中：hf為沿程水頭損失，m；f為摩擦系數，本例取0.948×105；L 為管道長度，m；Q 為流量，m3/h；d 為管道內徑，mm；m為流量指數，與摩阻損失有關，本例取1.77；b為管徑指數，與摩阻損失有關，本例取4.77。

支管沿程水利損失計算：hf=0.948*105*200*73.251.77/1504.77=1.58 m。

干管沿程水利損失計算：hf=0.948*105*1740*2931.77/3004.77=5.86 m。

干管支管水頭總損失：1.58+5.86=7.44 m。

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計算：7.44*10%=0.74 m。

管路的總水頭損失等于沿程水頭損失加上局部水頭損失：7.44+0.74=8.18 m。

水泵選型配套：

灌區灌溉水源最低水位到灌區的最高點凈高差10.8 m，支管末端最不利點的工作水頭要求10 m，所以水泵的總工作揚程為10.8+10+8.8=29.6 m，水泵的設計流量293 m3/h，查水泵產品目錄選取水泵為 200S42A單級雙吸中開式離心泵，主要指標為流量310 m3/h，揚程31 m，配套電機37 kW，這樣水泵和電動機都能滿足設計要求，高效節能，6處灌溉系統共購買水泵電機6臺套，都是同一類型的產品，使用管理維修能配套，整個項目區建設了6處灌溉系統，都是采用的低揚程大流量的單級雙吸中開式離心泵，這種水泵的特點是使用方便，維護簡單，拆卸方便，節能高效。和電動機通過軸聯器連接傳動效率高。

6 項目區效益情況

項目區于2019年6月底建成，經過近2年多大運轉，項目區目前運行良好效果顯著，項目區經過整改土地產出明顯提高，農田耕種方便快捷，耕作無障礙，施肥灌水快捷省工省力，糧食畝產提升了60～100 kg，低壓管道節水灌溉系統和附近其他明渠灌溉系統相比較，節水效果明顯，通過對比低壓管道灌溉系統比渠道灌溉節約用水達到50%以上，比噴灌、滴灌、微噴灌等經濟實惠，很適合我國北方大田農作物種植的灌溉方式。著重說說水利措施情況，水利措施主要是進行低壓管道節水灌溉實施，6處灌溉系統由項目管理處總管理，每個系統由受益單位（村居）組織專業隊統一管理，從日常管護維修到平時澆地由專業隊統一進行，達到高效、節能、及時方便的目的，使用非常方便效率非常高，設備故障能及時修理，能保持設備的正常使用狀態，通過運行看來日常管理非常重要，以前建設的項目有的使用不長時間就破損或毀壞了，其主要原因是因為管理跟不上。

7 結束語

高標準農田建設是提高農田產量，保障我國糧食生產穩定提高的有效手段，國家會在高標準農田建設中加大力度。高標準農田建設包括水利措施、農業措施、林業措施和科技措施等手段，其中水利措施是最為重要的手段，在高標準農田建設中水利措施的選擇尤為重要，采用什么樣的灌溉方法要經過科學論證，科學對比，以達到水利措施的有效、高效、經濟實施，通過在高標準農田建設中布置低壓管道灌溉系統實踐來看，在我國北方旱作物區，特別是種植小麥、玉米、花生等作物的地區進行高標準農田建設時，水利灌溉采用低壓管道節水灌溉不失為一種有效的方法。