淺談干旱牧區高效節水灌溉模式規劃設計

牛小剛

（巴州天寶水利工程設計有限公司,新疆 庫爾勒 841000）

0 引言

西部牧區常年干旱少雨，地表、地下水資源儲量不足，水資源短缺成為西部牧區經濟發展和生態建設最主要的障礙性因子[1]。西北干旱區人均水資源占有量1573 m3；人均和地均水資源占有量分別為全國人均水平的68%和27%[2]，而新疆農業用水比重高達92.5%。因此，大力實施農牧業高效節水灌溉，優化水資源配置對節約水資源，促進農業增產具有不可替代的作用。文章以新疆尉犁縣為研究對象，結合當地已有灌溉工程經驗，規劃完善已有渠系防滲改造和新建滴灌區兩條途徑的高效節水灌溉模式，進一步補齊牧區水利工程短板。

1 研究區概況

1.1 水資源概況

尉犁縣取水水源有孔雀河、塔河等地表水以及地下水，根據巴州水資源管理“三條紅線”各縣市分配方案，尉犁縣2020 年5.60 億m3，項目區用水指標為10565 萬m3，其中地表用水指標為10331 萬m3，地下水用水指標為234 萬m3。

1.2 節水灌溉發展現狀

尉犁縣牧區水利建設雖然取得了很大成績，保證了畜牧業的發展，但還存在以下問題：

（1）灌溉工程配套差，灌水方法粗放，水的利用率低。灌區的輸水渠道防滲率低，配套差，灌水方法仍多為大水漫灌。

（2）節水觀念不強，水資源利用認識尚待提高。灌區渠系防滲率低和灌溉方法不當，造成灌溉定額過高，節水觀念有待提高。

（3）灌溉管理技術水平落后。水費在農業生產成本中所占比例過低，基層水管部門的灌溉管理工作比較粗放，灌水技術與灌溉方法都落后，群眾對灌溉定額的概念模糊，使實際灌溉定額遠大于設計灌溉定額，造成水資源嚴重浪費。

2 節水灌溉工程規劃

尉犁縣牧區節水灌溉工程規劃建設范圍包括塔里木鄉，墩闊坦鄉及興平鄉，主要建設內容為渠道防滲改造18.025 km，共配套渠系建筑物106 座。建設滴灌區面積13226 畝。具體節水灌溉模式和規劃面積見表1。

表1 尉犁縣牧區節水灌溉模式及范圍

3 節水灌溉工程設計

3.1 渠系防滲改造設計

項目區已建渠線大部分順直合理，在原渠道基礎上進行防滲改造，土方工程量較小，渠基處于密實穩定狀態，基礎條件較好。為最大限度的降低工程投資，設計在原有渠線基礎上進行防滲改造，不再考慮新渠線方案。

3.1.1 渠道縱坡設計

使渠道的工程量最省，避免土方大搬運，并保證引水口水位要求，流速滿足不沖不淤流速。經過對工程量、渠道結構等方面進行比較，渠道均采用現澆砼板襯砌，按《渠道防滲工程技術規范》要求控制流速3 m/s～5 m/s。

3.1.2 渠道橫斷面防滲襯砌結構設計

渠道橫斷面設計根據已擬定的渠道設計參數，通過水力最優斷面及實用經濟斷面確定渠道的底寬，同時使其流速滿足不沖不淤的要求。設計渠道橫斷面形式采用梯形斷面方案。

（1）方案一：采用全斷面現澆C20 砼板防滲形式

采用全斷面8 cm厚現澆砼襯砌。優點：防滲效果好，堅固耐用輸水速度快，利用率高，管理方便，適應灌區發展要求；缺點：工期相對較長，現場澆筑點多線長，質量不宜控制，混凝土養護用水難以解決。見圖1。

經過6個月護理干預后，觀察組患者的SAS評分為（46.89±7.68）分，SDS評分為（50.34±5.97）分；對照組患者SAS評分為（59.34±6.89）分，SDS評分為（57.26±6.24）分。觀察組患者的心理狀態評分明顯優于對照組，組間對比，差異有統計學意義（P＜0.05）。

圖1 方案一渠道防滲襯砌設計結構

（2）方案二：采用全斷面預制C20 砼板防滲形式。

采用6cm厚預制砼板襯砌。優點：防滲效果較好，混凝土預制板可集中預制，質量易保證，施工速度快，可以在渠道土方工程施工期間進行砼板預制，批量生產，節約工期，建成后管理維修方便。缺點：預制板勾縫較多，工程投資較現澆砼板方案高。具體見圖2。

圖2 方案二渠道防滲襯砌設計結構

綜上，根據項目區自然條件、施工條件、渠道斷面設計經濟合理以及天然建筑材料的分布和儲量，從節省投資的角度出發，推薦方案一，即渠道斷面采用全斷面現澆C20 砼板防滲形式。

3.2 滴灌工程設計

3.2.1 建設標準

項目區建設總面積為13225 畝，工程等別為Ⅳ級，規模為小（1）型。主要建筑物為4級，次要建筑物為5 級。灌溉水利用系數不低于0.9，設計日工作小時數不大于22 h。地埋管埋設深度在當地凍土層以下，并滿足地面荷載和機耕要求。管道工作壓力不低于0.4 MPa，干、支兩級管道間距、長度合理設定，且能滿足今后滴灌自動化設計的要求。

3.2.2 工程總體布置方案

（1）水源方案比選

項目區水源分為地表水及地下水，根據項目區實際情況，塔里木鄉和墩闊坦鄉11 個系統采用地表水作為水源，興平鄉3個系統采用地下水作為水源，在項目區內有機井的地塊內采用地下水作為水源，沒有機井的地塊采用地表水作為水源，新建沉砂池，水質經過濾器處理后進行灌溉。

（2）骨干管網布置比選

項目區地處老灌區，區內條田、道路、林帶、居民區已成型多年，主管網按照設計計算及考慮地塊形狀、種植方向布置，主干管及分干管基本沿田埂及道路一側鋪設，以免影響大型機械工作，地表水沉砂池布置在灌溉條田最高處，離供水渠道最近的地方，以便引水及排水。

（3）總體布置

綜合分析水源、地塊形狀、種植方向、以及現有的道路、林帶和供電系統，盡量不改變現狀進行滴灌工程規劃布置。對項目區13225 畝現有農田實施滴灌，發展高效節水灌溉，根據項目區各地塊的所在位置，布置滴灌系統共分為13 個系統。見表2。

3.2.3 管網布置方案

灌溉系統由主干管、分干管、支管、毛管四級管網構成。水源在地塊的高位處，管網為“豐字”布置。梳式布置，水源在干管的端點，干管的流量大，管徑大，干管長度大，水頭損失大，造價高，運行期用電量大，運行成本高。叉式布置，水源在干管的中位，流量向兩側干管分流，干管的流量小，干管管徑小，干管長度短，水頭損失小，運行期用電量低，運行成本低。在條件具備的情況下，優先選擇叉式布置。

3.2.4 輪灌方案

滴灌系統管網結構目前主要有兩種，即“支管輪灌”和“長、短支管輪灌”兩種布局方式。

（1）方案一（支管輪灌方案）：管網由干管—分干管—支管—毛管組成，干管由首部引出連接東西兩側的干管，分干管垂直于干管布置，支管垂直于分干管布置，分干管、毛管鋪設方向與種植方向相同，干管、支管垂直于種植方向。干管、分干管采用UPVC管，埋于地表下；支管采用PE管，通過豎管于分干管連接，鋪設于地表；毛管利用按扣三通連接在支管，鋪設于地表。豎管通過三通連接兩條支管。布置見圖3。

表2 尉犁縣滴灌區系統劃分

圖3 支管輪灌方案示意圖

（2）方案二（長、短支管輪灌方案）：管網組成同方案一，所不同的是從同一個豎管通過三通一側同時連接長、短兩條支管，即一個豎管同時連接四條長短支管。短支管長度為長支管的一半，長支管前1/2 長度為盲管，后1/2 長度為多孔管，每個支管均由球閥控制。布置見圖4。

圖4 長、短支管輪灌方

綜上，兩個方案在輪灌組數相同的情況下，方案二地面支管、管件用量雖然較方案一要多，但地埋管材管件用量比方案一少。兩者相較，方案二投資較低；地埋管件折舊年限長，地面管材管件折舊年限短，方案一在年更新費用上略有優勢；方案二由于管道連接件多，易丟、易壞，每年保管較為繁瑣。從長遠發展分析，實行自動化滴灌技術是未來幾年的必然趨勢。目前，用于控制閥門自動啟閉的電磁閥價格很昂貴，方案二的閥門較多，投資必然大于方案一，從長遠發展來分析方案二不具備價格優勢。因此，管網結構形式選用方案一，即支管輪灌方案。

4 結語

干旱牧區水資源短缺，生態環境惡化已成為制約當地經濟發展的重要因素，現狀對適宜當地的高效節水灌溉模式和牧區典型節水灌區設計方案的需求與日俱增。因此，開發適宜牧區地形、環境和水資源特點的專用高效節水灌溉模式非常必要。