節水增糧項目中玉米管灌典型設計分析

劉艷芬

(遼寧省錦州市義縣水利局，遼寧 義縣121100)

1 項目區概況

該典型片區位于錦州市義縣七里河鎮西后臺村，總面積200 hm2，距離義縣縣城20 km，交通便利。該區域地處中溫帶屬大陸性季風氣候，四季分明，平均蒸發量為1 883.1 mm，多年平均氣溫為8.2 ℃，最大凍土層深度為1.3 m。本區域土壤以砂壤土為主，大凌河河谷平原含地下水較豐富，地下含水層厚度為2.7 ～7.3 m，地下水礦化度為0.5 g/L，符合灌溉水質標準［1］。該區域位于大凌河河谷平原區，地面平均比降為1/5 000。土壤以砂壤土為主，土壤容重為1.45 g/cm3，田間持水率為22%。目前采用的主要灌溉形式漫灌，目前項目區無灌溉水源。區域內以玉米為主，壟距為0.5 m，株距為0.3 m。

2 工程設計參數的確定

根據項目區氣候、土壤、種植方式等條件，參照本地區已建的管灌工程，確定玉米管灌工程設計參數，詳見表1。

表1 玉米管灌工程設計參數表

3 水源工程設計

項目區井群布置考慮水文地質條件以及高低壓線路布局等因素，擬在地塊機耕路兩側及地塊一側布置井孔。

單井設計出水量38 ～47m3/h，項目區為中粗砂含礫、砂礫石及砂土類松散層，根據本地區地質情況采用機鉆井，挖孔孔徑D400 mm，井徑D377 mm，井深15 m。根據典型區的水文地質特點，井型選擇為PVC 管，其結構由井口、井壁管、過濾器及沉淀管組成［2］。

3.1 井體材料選擇

井壁管及沉淀管:PVC 管。

濾水管:采用PVC 管。

3.2 濾水管長度

濾水管長度的確定，以單井無干擾情況下的單井涌水量為設計依據，過濾器長度L 取5 m。

典型區含水層為松散地層，按《規范》3.3.7 條規定，確定沉淀管長度為2 m。

3.3 井壁管長度

本區井深15 m，其中濾水器長度為5 m，沉淀管為2 m，故井壁管長度為8 m。

3.4 封井

本區只考慮濾料頂部至井口段及下井口的封閉。井壁與井管間填充中砂，充當濾料，頂部用黏土填充封井。成井后采用空壓機和水泵進行聯合洗井，洗井方式為從上至下，進行多次洗井，洗至水清砂凈為止。地層及水井結構圖見圖1 和圖2。

圖1 封井地層示意圖

圖2 水井結構圖

4 灌溉制度的確定

4.1 灌水定額

由此可得:m =319 m3/hm2=31.9 mm。

4.2 灌水周期

項目區在5月上旬為需水高峰期，玉米需水強度Ea=6 mm/d，灌水周期可按下式計算:

由此可得:T =5.3 d，取灌水周期為5 d。

5 單井控制灌溉面積計算

1)水源井控制面積計算

經計算，項目區單井可控制灌溉面積11.8 hm2。

2)單井控制面積內設計流量的確定

Q0=26.6 m3/h ＜47 m3/h ＜單井出水量，滿足要求。

6 單井管網總體布置

東西長300 m，南北寬222 m，面積6.67 hm2，地勢平坦，井位于項目區南端地頭位置。從水源井向地塊內布置一條干管，采用“豐”字形布置，其中干管長度330 m，每條支管長度176 m，支管間距75 m。每根支管設置出水口5個，出水口間距44 m。

7 管道水力計算

7.1 管道流量計算

1)支管流量計算:

每個出水口控制面積44 ×75 m，每條支管上有2個出水口工作，有2 條支管同時工作。則:Q支=13.3 m3/h

2)干管流量計算:

干管流量為Q干= 2Q支=26.6 m3/h

7.2 管道管徑的確定

管道采用PVC 硬管，則管徑可按下式計算:

由此可得:D干=79 mm，選取PVC 干管直徑D干=90 mm，求得D支=56 mm，選擇PVC 支管D支=63 mm。

7.3 管網水力計算

以最不利工作點為典型設計，選擇支管4 中的16 號出水栓計算。

7.3.1 支管沿程水頭損失計算

則hf=4.3 m，hw支= 0.1 hf支=0.43 m

1)支管總水頭損失:h支=4.73 m

3)干管總水頭損失:h干=7.15 m首部工程沿程水頭損失

經計算，h0f=2.7 m，h0w= 0.1h0f=0.27 m，h0=2.97 m。

7.3.2 設計水頭計算

管道系統內最大和最小工作水頭計算公式為:

式中:Hmax為管道系統最大工作水頭，m;Hmin為管道系統最小工作水頭，m;Z0為管道系統進口高程，取48 m;Z1為參考點1 的地面高程，取48.6 m;在平原地區，參考點1 一般為距水源最近的給水栓，本設計選取3 號出水栓;Z2為參考點2 的地面高程，取49 m;在平原地區，參考點2 一般為距水源最遠的給水栓，本次設計取20 號出水栓;△Z1，△Z2分別為參考點1 與參考點2 處給水栓出口中心線與地面的高差，分別取1.3 m和1.5 m;給水栓出口中心線的高程應為其控制的田間最高地面高程加0.15 m;∑hf，1為管道系統進口至參考點1 給水栓的管路沿程水頭損失，取1.7 m;∑hj，1為管道系統進口至參考點1 給水栓的管路局部水頭損失，取0.17 m;∑hf，2為管道系統進口至參考點2 給水栓的管路沿程水頭損失，取7.6 m;∑hj，2為管道系統進口至參考點2 給水栓的管路局部水頭損失，取0.76 m;h0為給水栓工作水頭，取0.3m;H0為管道系統設計工作水頭，m。

8 結 語

項目實施后，玉米產量由原來多年平均9 600 kg/hm2增加到10 500 kg/hm2，增產900 kg/hm2，玉米按2 元/kg計算，1 600 hm2產田共增加產量153.6萬kg，增加效益307萬元。花生產量將由原來多年平均3750 kg/hm2增加到4 500 kg/hm2，增產750 kg/hm2，增加效益280萬元。節水增糧工程建設項目實施，可以大大加快全縣農業產業化建設步伐，對于中低產田改造，保護地、經濟作物主導產業的快速形成，具有巨大的推動作用，大大提高農業抗御自然災害的能力，確保了糧食安全，提高農業的產出率。

［1］龐淑清. 談灌區低壓管灌系統布設的原則及形式［J］. 黑龍江科技信息，2013(14):173.

［2］楊振剛. 井灌區低壓管道規劃設計問題［J］. 中國農村水利水電，2004(08):25 －27.