丘陵地區土地整治“旱改水”項目灌溉工程設計初探

張若玉

為提升大面積旱地的土地質量，有必要實施“旱改水”項目。旱地改造成水田，關鍵是水源，水源要可靠，通過工程措施把水提引到田間進行灌溉。有些地區地勢高低起伏，地面高差能達到十幾米、甚至幾十米，而水源一般為小型水庫或較大水塘，地勢較低，如安徽省肥東縣的部分鄉鎮，因此有必要對水田灌溉模式的設計進行探討。

一、灌溉模式的設計思路

結合項目區的實際，對于水源較低、田塊較高的地區，采用泵站提水，PE 管道輸水把水送到制高點的調蓄水池，然后從調蓄水池放水至田間進行灌溉。

二、工程設計原則

一是對土地利用進行合理布局，二是規劃設計對水資源的開發利用，三是要因地制宜。

三、工程設計目標

本著“環境友好、生態優先”的原則，堅持“全域統籌”的總體戰略，切實保護耕地。通過有計劃、有步驟、分階段的土地治理，將旱地改造為水田，完善田間配套設施，改善生產條件，提高耕地質量和糧食綜合生產能力，促進農業生產方式由傳統向現代的轉變，實現經濟效益、社會效益的最大化；把項目區農田建成設施配套完善、穩產高產、抵御災害能力強、生態環境良好的現代化農田。

四、工程設計標準

根據《高標準農田建設通則（2014）》和《安徽省土地開發工程建設標準》（試行），結合項目區的地理位置和農作物種植情況，擬定項目區的設計灌溉保證率一般為75%～85%。

考慮項目區規劃灌溉方式，灌溉渠系防滲情況，確定渠系水利用系數，田間水利用系數，推算灌溉水利用系數，一般為0.5～0.8。

五、泵站流量計算

根據《安徽省行業用水定額標準》（DB34/T679-2019）項目區的耕作習慣、作物種植結構等來確定灌溉模數。典型種植方式為中稻—油菜或中稻—小麥。為最大程度地滿足項目區作物的生長需求，取水稻作物用水高峰期(泡田期)的用水需求作為設計標準，泡田定額、渠系水利用系數按《安徽省行業用水定額標準》（DB34/T679-2019）確定，泡田時間一般取8d，按每天的灌水時間取16～20h計算平均每天泡田量,最大用水流量發生在第8 天，泵站不但要提供第8 天泡田用水，還要提供前7 天泡田栽秧的秧苗補水，稻田苗期每日耗水量一般取10mm。

項目區的每天泡田灌溉流量：

Q=Am/3600Ttη

式中：

Q—設計灌水流量（m3/s）；

A—各種作物的灌溉面積（畝）；

m—設計灌水定額（m3/畝）；

T—一次灌水周期，取8d；

t—每晝夜實際灌水時間，取t=16h；

η—渠系水利用系數，依據行業定額計算而定。

六、泵站總揚程計算

（一）輸水管道水頭損失計算

1.沿程水頭損失計算，依據《村鎮供水工程技術規范》（SL310-2019），公式：

h沿=iL

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

式中：

h沿—沿程水頭損失，m；

L—計算管段的長度，m；

i—單位管長水頭損失，m；

C—海曾威廉系數，塑料管C=140～150；

Q—管段流量，m3/s；

d—管道內徑，m；

2.局部水頭損失計算，參照《規范》可按沿程水頭損失的5%～10%計算。

3.輸水管道水頭損失=沿程水頭損失+局部水頭損失。

（二）泵站本身揚程計算

泵站本身揚程=凈揚程＋管路水頭損失揚程

凈揚程=出水池水面高程-進水池水面高程

管路水頭損失=（10%～30%）凈揚程

泵站總揚程=輸水管道水頭損失+泵站本身揚程

七、泵型選擇

泵型選擇的原則：一是能滿足設計流量與設計揚程的要求；二是水泵在多年運行中平均效率要高；三是建站投資和設備功率最小；四是選用的水泵應便于操作、維修和管理。

根據上述泵型選擇原則，結合項目區內地形，依據上述計算的設計灌水流量Q 與泵站總揚程H總，選擇水泵型號，一般采用離心泵，再根據水泵參數配備電機。

八、具體案例

肥東縣某“旱改水”項目，灌溉面積180 畝，水源為小（Ⅱ）型水庫，進水池水位60.9m，調蓄水池水位74m，出水口至泵站的距離為580m，輸水管道采用PE 管。

（一）設計流量計算

設計流量Q 包括第8 天泡田用水Q1和前7 天的秧苗補水Q2兩部分,經計算:

Q1=200×75/3600×8×16×0.7=0.046（m3/s）

Q2=175×667×0.01/3600×16×0.7=0.029（m3/s）

經計算Q 為0.075m3/s。

（二）輸水管道水頭損失計算

1.沿程水頭損失計算

本次計算C 取145，Q=0.075m3/s，干管采用PE100 管，公稱外徑225mm，內徑為225-10.8-10.8=203.4mm；

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

=10.67×145-1.852×0.0751.852×0.2034-4.87

=0.0239m

調蓄水池出水口距離泵房的長度580m，沿程水頭損失h沿=iL=0.0239×580=13.862（m）

2.輸水管道局部水頭損失計算

參照《規范》，局部水頭損失可按沿程水頭損失的5%～10%計算；本次按10%計算。干管局部水頭損失h局=13.862×10%=1.386（m）。

3.輸水管道水頭損失

h損=h沿+h局=13.86+1.39=15.25（m）

4.泵站管路水頭損失計算

H凈=H出-H進=74-60.9=13.1（m）

H損=kH凈

式中：H損—管路水頭損失，m；

H凈—泵站設計凈揚程，m；

k—管路水頭損失占凈揚程的百分比。

參照《中小型泵站設計與改造技術》，k 按30%計算。H損=13.1×0.3=3.93（m）。

5.管道水頭總損失

管道水頭總損失=干管水頭損失+管路水頭損失=15.25 ＋3.93=19.18（m）。

（三）泵站工程總揚程及設備選擇

1.泵站總揚程

泵站設計總揚程=管道管頭總損失+泵站凈揚程=19.18+13.1=32.28（m）。

2.泵型選擇

根據上述泵型選擇原則，結合該泵站灌區內地形，參照設計流量與總揚程，設計采用離心泵，揚程42m，其設備選型設計參數與型號見表1。

表1 泵站參數一覽表

九、結論

“旱改水”工程的關鍵是通過工程措施把水提到田地進行灌溉。本文對丘陵地區“旱改水”項目灌溉工程設計，泵站流量、揚程的計算，水泵、電機的選型等幾個主要問題進行了初步分析和探討，對丘陵地區的水田灌溉設計具有一定參考作用■