鹽湖區小型農田水利工程設計方案淺析

廉 納

(山西省運城市鹽湖區水務局, 山西 運城 044000)

鹽湖區小型農田水利工程設計方案淺析

廉 納

(山西省運城市鹽湖區水務局, 山西 運城 044000)

受地理位置、自然氣候等影響，近年來鹽湖區旱災頻繁發生，探討鹽湖區小型農田水利工程設計迫在眉睫。本文依托小型農田水利實施方案，選定灌區規劃范圍，設定項目建設內容，選定2014年為設計基準年，采用輪灌的灌溉方式。從灌溉制度擬定、灌溉水量計算、水資源供需平衡分析三個方面進行需水量核定。對類似小型農田水利工程設計具有借鑒意義。

小型農田水利工程； 設計基準年； 灌溉制度擬定； 灌溉水量計算； 供需平衡分析

1 概 況

運城市鹽湖區位于山西省南部，受地理位置、自然氣候等影響，該地區旱災頻繁發生，經常導致農田大面積減產，直接影響糧食生產，嚴重制約農村經濟發展。為改善農業生產條件，鹽湖區先后修建和配套了大量水利工程設施，引黃灌區末級渠系配套和各小型灌區的節水灌溉工程建設速度明顯加快。為進一步擴大、鞏固小型農田水利建設成果，提高地下水資源和現有水井的利用率，特進行鹽湖區小型農田水利建設工程設計方案編制工作，本文依托《鹽湖區2015年度小型農田水利重點縣建設項目實施方案》進行深入分析，探討鹽湖區小型農田水利建設工程設計中的經驗和亮點，對加快新農村建設具有重要意義[1]。

2 工程規劃

2.1 建設內容

鹽湖區規劃發展農田高效節水總面積3.443萬畝，其中：黃灌區管灌2.303萬畝，井灌區管灌1.09萬畝，大棚滴灌0.02萬畝，大田噴灌0.03萬畝。工程涉及泓芝驛鎮的余林、喬陽、寨頭、寨里、西翟底，北相鎮的南相、西張賀、西曲馬、北相、相莊、寨莊、小店，席張鄉的席張、南賈及龍居鎮的雷家坡村，共計4個鄉鎮15個村。

工程主要建設內容包括：預應力混凝土壓力管道鋪設、農用灌溉移動水帶購置、水泵購置與安裝、水井管理房建設、噴灌管道設施鋪設與安裝、地下式鋼筋混凝土調蓄池建設等。

2.2 規劃標準

鹽湖區灌區屬缺水地區，主要農作物為小麥、玉米、果樹和蔬菜等，灌溉方式有管灌、微灌、噴灌等，根據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288—1999)、《微灌工程技術規范》(GB/T 50485—2009)、《噴灌工程技術規范》(GB/T 50085—2007)，管灌工程的灌溉設計保證率取75%，微灌工程的灌溉設計保證率取85%，噴灌工程的灌溉設計保證率取85%。工程設計基準年為2014年[2-3]。

2.3 總體布置

根據鹽湖區《小型農田水利重點縣建設方案(2013—2015年)》，規劃建設任務主要分為中部和西南兩個片區，共發展高效節水總面積3.443萬畝，包含大棚滴灌、大田噴灌、管道輸水灌溉3種灌水方式。中部區為泓芝驛鎮、北相鎮2個鎮12個自然村，為黃灌區管灌和噴灌，發展管灌面積2.303萬畝，噴灌0.03萬畝；西南區包括席張鄉、龍居鎮2個鄉鎮3個村莊，任務為大棚滴灌0.02萬畝、管道輸水灌溉1.09萬畝。結合當地灌溉現狀，工程采用地下管道輸水，灌溉方式采用輪灌。一般情況以每眼井為一個獨立的灌水單元。干、支管根據地形坡度、作物種植方向和田間道路等因素布置，支管垂直干管布置，間距一般為80m。

3 需水量核定

3.1 灌溉制度擬定

2015年鹽湖區高效節水工程由黃灌區管灌、井灌區管灌、大棚滴灌、大田噴灌四部分組成。

3.1.1 灌溉水利用系數

灌溉水利用系數是根據灌區大小、水源情況、管渠系布置以及管渠道長度、土質、防滲措施和管理水平等因素綜合確定[4]，根據國家和水利行業的有關規定和規范，管道輸水利用系數取0.95，管灌田間水利用系數取0.9，管灌水利用系數取0.85，滴灌灌溉水利用系數取0.9。

3.1.2 灌溉定額計算

農田灌溉用水量一般應根據灌區內灌溉試驗資料確定，參照尊村引黃灌區30多年的灌溉經驗，根據運城市農業發展規劃的產量指標及作物需水量、有效降水量，并考慮灌區的節水措施，按水量平衡原理綜合分析確定各種作物的灌溉定額。

a.作物產量指標及田間耗水量。根據運城市農業發展規劃和《山西農業節水理論與作物高效用水》，灌區畝產量確定為小麥400kg/畝，棉花80kg/畝，玉米430kg/畝，果蔬1500～3500kg/畝。結合項目區群眾多年高產灌水的經驗，項目區主要作物產量指標及全生育期耗水量見表1。

表1 項目區作物產量指標及田間總耗水量

b.作物設計年生長期。小麥生長期(首年10月至次年5月)，蘋果生長期(4—10月),玉米生長期(6—9月)。

c.不同灌溉設計保證率的設計降雨量。考慮年降雨量在時間分配上的差異以及對作物灌溉需水的影響，為避免出現作物生長期降雨頻率和灌溉設計保證率相差較大的情況，灌溉設計保證率采用作物生長期降雨資料進行頻率計算，選擇降雨頻率和灌溉設計保證率相同的年份作為設計代表年。

由年降雨量表可推求多年平均降雨量，年降雨量變差系數CV=0.3。根據《山西省水文計算手冊》附錄表Ⅰ-2，Cs= 2CV，可求得不同灌溉設計保證率的設計年降雨量Pp，見表2。

表2 灌溉設計保證率的設計年降雨量

對1980—2012年全年降雨量分別在小麥生長期、蘋果生長期、玉米生長期進行排頻分析，灌溉設計保證率按75%，確定2006年為設計代表年。

d.主要作物有效降雨。農作物生長期降雨有效利用系數按0.8～0.9考慮。項目區作物代表年及設計年生長期有效降雨資料見表3。

表3 設計年降雨量月分配 單位：mm

e.灌溉定額核定。作物灌溉水量采用水量平衡分析法確定，在作物全生育期中任何一個時段，土壤計劃濕潤層H內儲水量的變化采用如下水量平衡方程表示：

(1)

式中Wt，W0——任一時段t和時段初的土壤計劃濕潤層內儲水量，m3/畝或mm；

Wr——由于土壤計劃濕潤層增加而增加的水量，在把作物整個生育期看作一個時段時，相當于土壤儲水量按一個深度計算，取Wr=0；

P0——保存在土壤計劃濕潤層內有效雨量，m3/畝或mm；

K——時段t內的地下水補給量，項目區地下水埋深在3m以下，不予考慮；

M——作物時段t內的灌溉水量，m3/畝或mm；

ET——作物時段t內的田間需水量，m3/畝或mm。

作物灌溉水量可根據式(1)由式(2)計算推求：

(2)

計算得各種作物灌溉制度見表4。

表4 灌溉制度

續表

灌溉保證率75%的情況下，大田作物管道灌溉制度見表5。

表5 管灌區作物灌溉制度(P=75%)

M毛綜=(180×59%+120×41%+115×35%)/0.85=230.18m3/畝

q毛=0.24/0.85=0.28m3/(s·萬畝)

3.2 灌溉用水量計算

項目區高效節水灌溉面積3.443萬畝，其中黃灌區管灌2.303萬畝，井灌區管灌1.09萬畝，大棚滴灌0.02萬畝，大田噴灌0.03萬畝，詳見表6。

表6 鹽湖區2015年高效節水灌溉規劃

根據作物種植面積及灌溉制度，計算可得：黃灌區作物毛灌水率為0.28m3/(s·萬畝)，項目區管灌面積2.303萬畝，需要流量為0.64m3/s。項目實施區年共需水796.2萬m3，其中黃灌區530.1萬m3，井灌區266.1萬m3。灌溉用水量見表7。

表7 灌溉用水量

3.3 水資源供需平衡分析

項目實施后，年灌溉需水量266.1萬m3，除雷家坡利用中水50.7萬m3外，還需開采地下水215.4萬m3。根據《運城市第二次水資源調查評價報告》，該區域地下水可開采模數為15萬m3/(km2·a)，年允許開采量為300萬m3。項目區內井灌區地下水資源的可開采量和37眼水井的取水能力，完全可滿足項目區年開采地下水215.4萬m3的需要。

雷家坡灌溉工程水源為城西富斯特污水處理廠中水，日排放量為5萬m3/d，中水出廠后，通過DN1800mmm鋼筋混凝土排水管排入硝池灘，沿途無用水戶。本次雷家坡農田采用中水灌溉，水量完全可得到保證。

尊村引黃灌區孫塢二級站位于鹽湖區西張賀村，安裝兩臺SLOW350-380(Ⅰ)型水泵，設計流量為0.86m3/s。黃灌區的管灌灌水率為0.28m3/(s·萬畝)，2.303萬畝的黃灌面積需要的灌溉流量為0.64m3/(s·萬畝)，灌溉水源能滿足灌溉要求。

4 結 語

受地理位置、自然氣候等影響，近年來鹽湖區旱災頻繁發生，嚴重制約當地經濟發展。為改善農業生產條件，本文依托鹽湖區小型農田水利建設項目實施方案進行深入分析，探討鹽湖區小型農田水利工程設計方案。

鹽湖區規劃發展農田高效節水總面積3.443萬畝，涉及4個鄉鎮15個村，主要建設內容包括：預應力混凝土壓力管道鋪設、農用灌溉移動水帶購置、水井管理房建設等。設計中，工程設計基準年選定為2014年，管灌、微灌、噴灌工程的灌溉設計保證率分別取75%、85%、85%。結合灌溉現狀，采用地下管道輸水，灌溉方式采用輪灌。支管垂直干管布置，間距一般為80m。

設計中，依據行業規范和灌區現狀，選定管道輸水利用系數、管灌水利用系數等參數；從作物產量指標及田間耗水量、作物設計年生長期、不同灌溉設計保證率的設計降雨量等幾個方面進行灌區灌溉定額計算；綜合灌溉面積分析灌溉用水量，依據地下水開采和中水回用進行水資源供需平衡分析。

[1] 陳孝琴.小型農田水利工程建設問題的探討[J].現代制造,2010(6):17-17.

[2] 徐滿杰.淺談小型農田水利工程建設問題及對策[J].科學之友,2010(5):61-62.

[3] 王懋懿.談小型農田水利工程設計的幾點體會[J].科技創新與應用,2012(22):34-34.

[4] 董長青.新時期小型農田水利工程設計相關問題的分析[J].科技展望,2014(11):175-175.

Analysis on design plan of small farmland water conservancy projects in Yanhu District

LIAN Na

(ShanxiYunchengYanhuDistrictWaterBureau,Yuncheng044000,China)

Yanhu District suffers from frequent droughts in recent years due to the influence of geographical location and natural climate, etc. It is urgent to design small farmland water conservancy projects in Yanhu District. In the paper, small farmland water conservancy implementation plans are relied for selecting the irrigation area plan scope. Project construction contents are set. 2014 is regarded as the base year for design. Rotation irrigation mode is adopted. Water demand is checked from three aspects of irrigation system formulation, irrigation water quantity calculation and water resources supply demand balance analysis. The paper has reference significance for designing similar small farmland water conversancy projects.

small farmland water conservancy projects; design base year; irrigation system setting; calculation of irrigation water quantity; supply-demand balance analysis

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.07.020

TV93

A

2096-0131(2017)07- 0070- 05