農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)探討

程 琳

（甘肅省莊浪縣水務(wù)局，甘肅 莊浪 744600）

農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)涉及多種先進(jìn)技術(shù)，能與多樣化的農(nóng)藝措施進(jìn)行配套。節(jié)水灌溉工程已成為我國農(nóng)田水利工程建設(shè)的關(guān)鍵，許多地區(qū)都加大對(duì)提高農(nóng)用水泵利用率的研究，以求在提高土地利用效率的同時(shí)，盡可能達(dá)到節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水的目的。

1 農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)原則

水利工程作為我國基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，具有防洪、排澇、灌溉、航運(yùn)、旅游等多重作用，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。確保農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)擴(kuò)大灌溉面積、提高農(nóng)作物產(chǎn)量及水資源利用率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)應(yīng)秉承科學(xué)的設(shè)計(jì)原則，確保設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和合理性

1.1 因地制宜原則

我國幅員遼闊，設(shè)計(jì)農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程時(shí)應(yīng)充分考慮各地區(qū)的實(shí)際情況，合理利用地形優(yōu)勢，將灌溉渠道設(shè)置在高地勢區(qū)域，合理設(shè)置排水溝，避免對(duì)住房和農(nóng)田造成影響[1]。

1.2 安全性原則

設(shè)計(jì)農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程時(shí)，需考慮灌溉工程在未來使用過程中是否會(huì)因當(dāng)?shù)氐匦螚l件變化（河水漫漲、山地滑坡等）而受到損害，盡量將農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程建設(shè)在安全區(qū)域，同時(shí)要配套完善的防洪加固措施，確保農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的使用安全。

1.3 經(jīng)濟(jì)性原則

進(jìn)行農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程選址時(shí)，盡量避開施工難度大的區(qū)域，同時(shí)盡量聯(lián)通水塘、水庫等自然水體，在節(jié)省施工成本的同時(shí)提高水資源利用率，提高農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的經(jīng)濟(jì)性。

2 農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 渠道防滲漏設(shè)計(jì)

渠道滲漏是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量大的主要原因之一，很多農(nóng)村地區(qū)使用的灌溉渠道年久失修，輸水能力逐年衰減，不僅難以有效發(fā)揮灌溉工程的作用，還易造成不必要的水資源浪費(fèi)[2]。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)著重關(guān)注農(nóng)田水利工程的防滲漏問題，可使用混凝土材料、水泥管等提高灌溉渠道的防滲效果，避免水資源流失。混凝土、水泥管等材料成本低廉、施工難度小，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值，能滿足農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)原則。

2.2 渠道防溢設(shè)計(jì)

當(dāng)前部分農(nóng)村使用的灌溉工程在設(shè)計(jì)時(shí)未能科學(xué)計(jì)算渠道輸水設(shè)計(jì)流量，導(dǎo)致輸水過程中因溢水而造成了不必要的水資源浪費(fèi)[3]。農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)流量可通過式（1）計(jì)算。

式（1）中，Q設(shè)表示灌溉渠道設(shè)計(jì)流量，m3/h；m表示設(shè)計(jì)灌水定額，m3/hm2；α表示灌溉控制區(qū)域中農(nóng)作物占比，假設(shè)選值為100%；η表示灌溉水系數(shù)值，假設(shè)選值為0.85；t表示單日灌溉時(shí)間，以季度灌溉時(shí)間為12 h為例；A表示灌溉控制面積，hm2；T表示單次灌溉總天數(shù)，假設(shè)選值為7。則應(yīng)用該公式計(jì)算出的農(nóng)田水利節(jié)水灌溉渠道設(shè)計(jì)流量為32 m3/h。

2.3 管道材質(zhì)和管徑設(shè)計(jì)

管道輸水方式直接影響著農(nóng)田水利灌溉工程的節(jié)水效果，選用材質(zhì)和管徑合適的輸水管道，能在避免水資源浪費(fèi)的情況下最大限度地提高灌溉效率[4]。當(dāng)前應(yīng)用于農(nóng)田水利灌溉工程中的管材主要有PVC管、PE管、玻璃鋼管等多種類型，其中PVC管管件接頭強(qiáng)度較好，連接施工效率高；PE管接頭強(qiáng)度最好，但需要采用焊接方式進(jìn)行管件連接，施工過程中成本投入較高；玻璃鋼管施工速度快，但經(jīng)濟(jì)性較差。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)需求和施工條件選擇合適的輸水管道材質(zhì)。輸水管道管徑可通過式（2）計(jì)算[5]。

式（2）中，Q表示輸水管道設(shè)計(jì)流量，m3/h；d表示輸水管道內(nèi)徑，mm；V表示經(jīng)濟(jì)流速值，m/s。

2.4 微噴灌溉設(shè)計(jì)

微噴灌溉技術(shù)通過折射式、旋轉(zhuǎn)式或成輻射式微型噴頭進(jìn)行區(qū)域農(nóng)作物灌溉，以小流量水流改善區(qū)域內(nèi)土壤和空氣濕度，為農(nóng)作物提供良好的生長環(huán)境，還能對(duì)區(qū)域氣候進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效提高水資源利用率。

3 農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)工作的實(shí)施

3.1 全面收集相關(guān)資料信息

農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)需要全面的工程概況數(shù)據(jù)支撐，設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)工程所在地區(qū)的水文地質(zhì)條件、水源水量、農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃及水文氣象資料等進(jìn)行采集[6]。此外，還要對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的實(shí)際用水需求和灌溉管理方式進(jìn)行充分了解，確保設(shè)計(jì)的農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程既能與當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件相匹配，又能為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展做貢獻(xiàn)。

3.2 制定灌溉制度

為了保障農(nóng)作物產(chǎn)量，需確保農(nóng)作物生長周期內(nèi)能獲得必要的水分。超量灌溉會(huì)造成植物葉片發(fā)黃、根部腐爛，甚至死亡，還可能造成地下水位上漲；干旱缺水會(huì)影響植物的光合作用，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量降低。因此，要制定科學(xué)的灌溉制度，明確農(nóng)作物生長過程中的灌溉次數(shù)、灌溉間隔、灌溉定額（指單位面積內(nèi)單次灌溉的用水量）。制定科學(xué)的農(nóng)田水利灌溉制度，既能充分保障農(nóng)作物在整個(gè)生長周期內(nèi)得到充足的水分滋養(yǎng)，還能避免水資源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境造成的影響[7]。

3.3 嚴(yán)格監(jiān)督設(shè)計(jì)過程

農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性直接影響著工程建設(shè)的質(zhì)量和使用性能[8]，應(yīng)立足于農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的使用需求和性能需求，確保農(nóng)業(yè)種植過程中能得到足量的灌溉用水，同時(shí)最大限度地避免水資源浪費(fèi)。完成初步設(shè)計(jì)的方案要由專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行校審，對(duì)工程設(shè)計(jì)圖紙中的設(shè)計(jì)參數(shù)、建設(shè)工藝、工程結(jié)構(gòu)等進(jìn)行反復(fù)核驗(yàn)，保證設(shè)計(jì)方案的可行性。例如：設(shè)計(jì)人員在確定農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的引水量時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求、當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的種植種類及農(nóng)作物的種植需求等確定橫斷面，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善[9-10]。

4 莊浪縣農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程概況

莊浪縣隸屬甘肅省平?jīng)鍪校挥诟拭C省中東部，總面積1553.14 km2，共有18個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、1個(gè)城市社區(qū)、293個(gè)行政村，常住人口約33.6萬。氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，縣境內(nèi)南北氣溫差異大。年降水分布不均，主要集中在7—9月，冬春少雨，汛期易頻繁發(fā)生暴雨洪水，另有季節(jié)性干旱表現(xiàn)。水資源主要分布在莊浪河、葫蘆河干流區(qū)間及南洛河和北洛河區(qū)間。2000年莊浪縣開始建設(shè)水泉灣節(jié)水灌溉工程，并逐漸引進(jìn)固定式噴灌、半固定式滴管和低壓管道輸水灌溉等先進(jìn)的灌溉技術(shù)，先后建成了高川、三合坪、三萬坪等高效節(jié)水灌溉工程。但由于當(dāng)?shù)爻Ｄ旮珊瞪儆辏恿鹘?jīng)流量減少，地下水位下降，加之后期運(yùn)維資金不到位，上述工程在2009年后相繼停用。近年來，國家的大力扶持為地區(qū)節(jié)水灌溉工程發(fā)展提供了充足的資金及技術(shù)、管理等方面的支持，莊浪縣農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程進(jìn)入了新的發(fā)展階段[11-13]。

5 滴灌工程設(shè)計(jì)在莊浪縣的實(shí)踐應(yīng)用

5.1 結(jié)合莊浪縣的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)

莊浪縣滴灌工程的實(shí)際面積約為2.667 hm2，水源為井水，施工過程中利用18眼機(jī)井控制實(shí)際用水量，單井的最大出水量為55 m3/h，動(dòng)水位設(shè)計(jì)為35 m。同時(shí)建造了40座大棚進(jìn)行蔬菜種植，大棚中植物株行距均為0.4 m，大棚寬約9 m、長約90 m。采用固定式滴灌系統(tǒng)。

5.2 提高管網(wǎng)設(shè)計(jì)的科學(xué)性

莊浪縣農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括過濾器、出地豎管、毛管、支管、潛水泵等。設(shè)計(jì)過程中將支管、毛管等設(shè)計(jì)為魚骨形結(jié)構(gòu)，并將其均勻地埋設(shè)在地下0.8 m深的地方，確保干管與支管垂直、毛管與支管垂直。毛管中應(yīng)安裝專用的滴灌器管道，以確保毛管可順利地通過支管進(jìn)行取水，同時(shí)通過滴灌器將水資源均勻地輸送到農(nóng)作物根部[14-15]。設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)單位首先要明確毛管的直徑及鋪設(shè)長度的最大值，莊浪縣在農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程毛管設(shè)計(jì)工作中，首先將滴管器的類型加以確定，并對(duì)滴管器的布置間距及相應(yīng)的流量進(jìn)行綜合性計(jì)算，選擇抗老化能力較強(qiáng)、實(shí)際密度較低、直徑相對(duì)較小且統(tǒng)一的聚乙烯毛管。毛管的實(shí)際長度均設(shè)計(jì)為45 m，所有滴頭的間距均設(shè)計(jì)為0.5 m，共設(shè)置了102個(gè)滴頭，同時(shí)每個(gè)滴頭的流量都被控制為2.5 L/h，即每個(gè)毛管的設(shè)計(jì)流量均為255 L/h。最終安裝了實(shí)際電機(jī)功率為5.5 kW的潛水泵。

5.3 及時(shí)有效的現(xiàn)場服務(wù)

莊浪縣完成農(nóng)田水利灌溉工程設(shè)計(jì)方案的校審和驗(yàn)證后進(jìn)入施工階段，設(shè)計(jì)人員與施工團(tuán)隊(duì)有效配合，充分發(fā)揮自身的技術(shù)應(yīng)用與管理價(jià)值，為施工提供必要的現(xiàn)場服務(wù)和技術(shù)指導(dǎo)，確保實(shí)際施工質(zhì)量與設(shè)計(jì)方案保持一致，進(jìn)而確保了農(nóng)田水利節(jié)水灌溉工程的建設(shè)質(zhì)量。