滴灌支管+輔管輪灌模式在和田地區的應用

邰春亮

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

近年來，滴灌灌溉技術在新疆發展迅速，應用范圍日益廣泛，和田地區自2012年實施農業滴灌高效節水工程以來至2018年，滴灌灌溉工程灌溉面積不斷增加，實踐證明，滴管技術的推廣應用對于地區水資源利用水平的提升、糧食增收、旱災抵御能力的提高等效果十分明顯[1]。在節水灌溉工程規模化發展的過程中，滴灌工程管網布設通常采用支管輪灌模式，但是在實際應用中一些問題不斷凸顯，例如支管輪灌工程施工難度較大，為防凍脹而增加主管路埋深使土方工程量大大增加，單井出水量受區域水文地質影響而減小，田間出水栓遭破壞的現象普遍，嚴重影響灌溉效率。與此同時，自發使用節水灌溉技術的農戶不斷增多，支管輪灌模式在具體應用中受到很多限制，隨著田間毛管流量增大，支管輪灌必須選用直徑更大的支管與干管，投入大大增加。支管+輔管輪灌模式也就是在支管上增加與之平行的輔管，并以輔管作為輪灌組基本灌溉單元，支管上灌溉單元的增加使單位灌溉面積縮減，閥門和連接的管件增多，增加了灌溉系統管理強度和可靠性，能更好地發揮節水灌溉工程效益。

1 研究區概況

新疆和田地區地處塔里木盆地以西，呈典型的大陸性暖溫帶干旱沙漠氣候，北鄰阿克蘇地區，南接巴音郭楞自治州，西連喀什地區，見圖1。總體而言，和田地區地勢南高北低，由于地處塔里木河上游區域，中部地區主要為已開墾耕地，地區總用水規模中農業用水占95.97%。和田地區年平均氣溫為13.9℃，降水量年平均54.1 mm，全年內日照總時數2645.5 h，區域內共分布有和田河、喀拉喀什河、克里雅河及玉龍喀什河等河流，上述河流均由昆侖山脈冰雪消融補給。和田地區土壤具備較高的墾殖性和較大的開發潛力，土壤沙性較重，保水保肥能力不強，肥力低下，耕地土壤主要為灌淤土。

截至目前，和田地區大中小型水庫工程共49座，總庫容和興利庫容分別達6.761億m3和3.143億m3，建成引水渠首53座，水閘345座，堤防工程884.56 km。干渠、支渠、斗渠、農渠總長度達33644.1 km，渠道防滲率約53.5%，各類渠系建筑物修建數量185262座，機井2870眼，其中農用機井2634眼。和田地區現狀年灌溉總面積達到46.95萬hm2。其中節水灌溉面積18.74萬hm2，高效節水灌溉面積占比僅有4.3%。2018年和田地區灌區干渠、支渠、斗渠三級灌溉渠道防滲率55.8%，渠系水利用系數僅有0.54，灌區標準溝畦灌占比84.8%，灌溉水利用系數僅有0.458[2]。

圖1 和田地區概況

2 滴灌支管+輔管輪灌模式的應用

2.1 滴灌支管+輔管輪灌模式的應用

項目區土地集中連片，滴灌工程于2013年實施，灌溉面積955 hm2，灌區內井眼40個，單井每小時出水量為45 m3～55 m3，滴灌支管、輔管輪灌布置見圖2和圖3，單井控制面積為400 m×400 m，灌溉系統采用支管+輔管輪灌模式，支管采用φ63PE管鋪設于地面，并安裝暗扣三通，滴灌帶按70 m單側長雙向型布設，間距1.3 m，單支管控制灌溉面積0.42 hm2，由單元入口球閥單獨控制。通過一個與地埋分干管相連的出水立管控制兩個支管輪灌單元，地埋分干管采用單側長度為70 m的φ63PVC管，并在單側長475 m的φ90PVC地埋干管對稱布設。

滴灌支管+輔管輪灌管網工作過程中，墨玉縣喀瓦克鄉總體地勢北高南低，海拔高程1058.3 m～1103.1 m，高差達44.8 m。按照地形高差將灌溉區域劃分為地形高差20 m以上的第一壓力區和地形高差20 m以下的第二壓力區，第一壓力區系統噴頭數9～10個，系統揚程81.08 m～83.81 m，系統流量125.2 m3/h～141.0 m3/h；第二壓力區系統噴頭數12～14個，系統揚程69.98 m～74.98 m，系統流量 165.5 m3/h～210.2 m3/h，管網設計圖見圖2、圖3。由于地形的差異、分干管長度不同、支管管徑差異，即使是同一壓力區內相同型號的工作噴頭其水頭損失和噴頭流量也不同，灌溉系統中全部噴頭都在額定的工作壓力下作業。在當前的滴灌工程中，支管輪灌管網布置型式較為普遍，然而對于面積較小的灌區，支管輪灌的優勢便得不到發揮，滴灌工程的經濟性大受影響。如和田地區墨玉縣部分項目區水文地質條件較差[3]，單井出水量小，與支管輪灌模式中單位灌溉單元支管進水口水量接近，若通過支管輪灌，則灌溉系統只有一個灌溉單元工作，系統灌溉的均勻度將大大降低，若將單井流量劃分為兩個支管同時灌溉，則灌溉單元面積將減小，難以展開機耕，為此必須對滴灌支管+輔管輪灌管網布設型式進行改進。

圖2 滴灌支管輪灌布置

圖3 滴灌輔管輪灌布置

2.2 滴灌支管+輔管輪灌模式的改進

灌區位于內陸區，多年來由于大氣降水、徑流、河流滲漏等對地下水補給嚴重不足，水位下降較快，土壤顆粒粗、含水層層數少，埋深加大，地下含水層基本位于地下2.7 m及以下，導致上部含水層疏干，大量灌溉供水井水量減少或報廢。為克服灌區內地形地質條件對灌溉效率的不利影響，考慮在滴頭壓力補償作用下增大壩毛管布設的距離，并減少坡耕地使用地埋分干管和地表支管。壓力補償式滴灌帶采用硅膠補償結構的小型滴頭代替常規滴灌帶中的普通滴頭，使滴灌帶在一定壓力范圍內具有流量恒定能力，項目區選用滴頭流量2.5 L/h、滴頭間距0.5 m、滴灌帶間距1.3 m的壓力補償式滴灌帶后，單井出流量約35 m3/h。考慮到單井流量及運行管理的便利性，在單井控制面積內可以設置兩個灌溉單元，地埋分干管，并連接出水管與支管，在采用支管+輔管輪灌時，連接支管與干管，并于支管上間隔15.6 m連接輔管。輔管輪灌與支管輪灌相比，由于在干管連接處增設了單個小管徑連接件，所以使大管徑連接件用量減少，工程成本降低。從干管到田間出水口管件使用量并無太大差距，輔管輪灌由于外鎖式管件的應用而成本增大，但是輔管輪灌并不涉及土方工程，所以費用降低。可見，滴灌支管+輔管輪灌管網布設模式適用于壓力補償灌溉工程。

微噴帶支管+輔管輪灌的灌溉模式是近年來備受關注的節水灌溉模式之一，國內已經有遼西地區、日照、勝利渠、雙河、文峪河、大黑河、海日蘇等大型灌區實施這一模式并積累了較為豐富的實踐經驗，通過與已有實踐經驗的對比不難發現，對于和田地區分散的土地利用現狀，考慮使用微噴帶支管+輔管輪灌模式增加灌溉面積，縮短灌水周期，降低投資完全可行[4]。根據改進后的管網布置（圖4），使用φ32微噴帶可使灌溉流量增大為10 m3/h，微噴帶鋪設長度不足100 m，將地埋分干管間隔7 m～9 m截段并安裝立管、三通和彎頭，使其與微噴帶連接。單條微噴帶灌溉面積可達0.09 hm2，兩條微噴帶作為一個灌溉單元，兩個灌溉單元由單個出水管控制。可以考慮在和田地區現有灌溉單元，取消地埋分干管，鋪設長支管，并按照設計間隔截段后安裝球閥等管件，使之與微噴帶連接。微噴帶的使用減少了大直徑管件的使用，并無土方工程，使灌溉系統成本大大降低，施工難度下降，田間出水管的取消有利于機械化作業。

圖4 改進后的管網布置圖

3 結論

隨著支管輔管輪灌管道級數的增加，連接管件增多，管網結構變得更加復雜，灌溉系統內控制閥門也隨之增多，管理難度增大。同時考慮項目區水文地質條件及滴灌模式的適用性，則支管+輔管輪灌模式系統投入少，運行效率高，作物增產效果明顯，灌溉結束后管材管件由農戶收回保管，下一茬作物灌溉仍能繼續使用。壓力補償滴灌支管+輔管輪灌模式下能有效增大灌溉單元流量，并通過控制管材、管件、管徑實現經濟性目標，或是通過灌溉面積的控制改變田間出水管的分布，在地表處設置地埋分干管，直至灌溉期內再安裝支管、輔管及微噴管，在作物生育期結束后拆除管網，按順序進行管材管件編號并由農戶保管，大大提高了管材管件的使用效率。總之，滴灌支管+輔管輪灌模式改進后適用于小面積灌溉區域，通過增加輪灌組使灌溉單元大大減少，管材管件用量得以節省，而且管網設置于地表，無土方工程量施工，經濟性提升。