橫水河灌區實施高效節水灌溉工程探索與實踐

田金平

(鳳翔縣橫水河灌溉管理處，陜西 鳳翔 721400)

1 灌區概況及存在問題

鳳翔縣橫水河灌區是全國千億斤糧食規劃確定的800個糧食生產重點縣的重點中型灌區之一，灌區位于鳳翔縣城東部，東、西與馮家山抽水灌區相接，南與東風水庫灌區為鄰，北至北山南麓，南北寬11.5 km，東西長18.5 km，是我省開發利用較早的中型自流灌區。灌區水源來自渭河三級支流橫水河上游的四條支流，水源樞紐工程由白荻溝、群力、桃樹溝、姚家溝等四座水庫聯合組成，總庫容2355萬m3，有效庫容1077萬m3。

灌區現有設施面積9.48萬畝，有效灌溉面積8.06萬畝，是鳳翔縣農業優質糧經作物主要生產區。橫水河灌區水利工程自投運以來，對改善灌區農業生產條件，促進灌區糧油穩產、高產和農村經濟的發展發揮了巨大的作用，但灌區水利工程設施經過多年的運行，存在以下突出問題：①灌區原有水利工程老化失修嚴重，工程完好率只達到60%，工程整體功能日漸衰減，水資源浪費嚴重。②流域水資源日益匱乏。近年來灌區陸續承擔向縣城生活供水和沿線工業供水任務后，灌區農業供水總量不斷減少，灌區水資源供需矛盾日益突出。③農業灌溉效益逐年衰減。近年來實灌面積僅占有效面積的40%左右，工程效益得不到正常發揮，已嚴重制約了灌區農業生產和農村經濟的發展。

2 實施高效節水灌溉項目的可行性

(1)技術上切實可行

橫水河灌區位于鳳翔縣東北部，屬于渭北黃土臺塬區，地形西北高，東南低。水源來自橫水河上游四座水庫聯合組成。灌區主要供水水源海拔高程910 m，灌區上游高程820 m，灌區中部區域平均高程760 m左右。水庫水源與灌區頭部分水閘地形高差達90 m。本次規劃建設的高效節水灌溉工程項目區位于橫水河灌區中部四斗～八斗之間，與灌區上游地形高差也達60 m左右。經初步管道輸水水力計算，由水庫采取管道自流重力輸配水可滿足全灌區壓力要求。由灌區頭部供水，可滿足灌區中下游田間灌溉出水壓力要求。本次規劃高效節水工程充分考慮到技術上的可行性及經濟上的合理性，同時發揮探索實踐與示范引領作用，擬采取在灌區首部分水閘位置設置高位蓄水池，再由蓄水池向項目區敷設輸水管道及田間灌溉管網，采用重力自流輸水，在技術上是完全可行的。

(2)灌溉水源有保證

橫水河灌區由上游四座水庫聯合運用向灌區供水，在“十二五”期間，鳳翔縣充分利用國家加大水利資金投入，推動基礎水利設施建設的機遇，對白荻溝水庫、群力水庫、姚家溝水庫、桃樹溝水庫進行了除險加固，對總干渠等輸水骨干渠道進行了更新改造，輸水骨干渠道完好，提升了灌區內的供水保障能力，經水資源平衡分析和近幾年供水量統計，每年可穩定向灌區提供灌溉水源150萬m3，高效節水項目區用水需求有可靠的水源保障。

3 工程規劃設計方案

3.1 工程總體設計思路

根據灌區基本情況及自流重力供水技術要求，本次高效節水灌溉工程選址在橫水河灌區中部，水源以橫水河灌區水源作為本工程的灌溉水源，在總干渠左側新建取水建筑物，通過160 m輸水管道引水到新建的2000 m3高位蓄水池，再從蓄水池敷設DN400主干管道至項目區，沿主管道配套支管及田間灌溉管網，利用地形高差進行重力流輸配水，因地制宜利用蓄水管道灌溉方式建設高效節水灌溉工程。

3.2 工程設計方案

3.2.1 水源工程設計

1)取水工程

本工程水源利用橫水河總干渠供水，在南干分水閘以北20 m處總干渠左側設置取水口，渠底標高818.53 m，安裝分水閘1座，閘門尺寸為1.0 m×1.5 m，取水口設置攔污柵1道，分水口閘門后接160 m長DN400輸水管，管材選用PVC-U管，壓力等級0.6 MPa。

2)調蓄池

為了滿足灌區管網供水需要，本次設計新建調蓄池1座。經計算項目區最高日用水量為10690 m3/d，由于水源為橫水河灌區總干渠輸水，考慮到灌溉期干渠檢修維護和灌溉用水時段，蓄水池容積按照項目區最高日用水量的20%考慮，確定蓄水池容積為2000 m3。蓄水池采用C25鋼筋混凝土襯砌，底板襯砌厚度為15 cm，四周邊坡襯砌厚度為12 cm。池底及池壁灰土墊層下設復合土工膜進行防滲處理。

3.2.2 灌溉工程設計

(1)管材選擇

結合本工程實際情況，在確保滿足供水水量、水質、水壓及運行安全的情況下，經對鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、PE管和PVC-U管優缺點及經濟性分析，結合地形、地質、經濟等因素綜合確定，本次設計輸水干管、分干管及田間灌溉管道均采用PVC-U管。

(2)田間灌溉管網設計

1)管網布置

該工程灌溉方式為管道灌溉，依據灌區整體地勢為北高南低，設干管、分干管、支管三級固定管道。干管整體從調蓄池出口由北向南布設，橫穿整個項目區；分干管垂直于干管呈東西向布置，大體沿田間道路布設，本次設計共布設分干管7條；支管垂直于分干管由北向南布置。分干管上每60 m間距布設支管一條，共布設支管147條，支管上每30 m間距安裝一個出水樁，共布設出水樁1320個。在干管的進口及沿途共設置控制閘閥4處，每條分干管進口處設置閘閥1處，以利管網檢修和調節干管、分干管的水量及壓力，支管入口處安裝控制調節閥及水表。為了防止供水時造成氣堵，放水時造成管網真空，在干管沿線最高點均需安裝進、排氣閥。

2)管道埋深

管道采用直埋方式，要求管頂覆土厚度不小于0.8 m。管床基礎為管溝槽內的天然地基整平，夯實處理。

3)灌溉工作制度和流量確定

①灌溉系統設計流量

灌溉設計流量按所控制的灌溉面積，灌水時間，一次灌水定額按下式計算：

式中：Q0為灌溉系統設計流量，m3/h；a為灌水高峰期第i種作物的種植比例；mi為灌水高峰期第i種作物的灌水定額，m3/畝；t為系統日工作小時數，h，20 h；Ti為灌水高峰期第i種作物的一次灌水延續時間；A為設計灌溉面積，項目區面積6000畝；η為灌區灌溉利用系數，取0.87；

以該區小麥返青、拔節期和果樹開花坐果期值來確定灌溉系統設計流量。由試驗資料確定小麥蒸發峰值。計算得項目區系統流量Q0=510.0 m3/h。

②各級管道的設計流量，按下式計算：

式中：Q為某級管道的設計流量，m3/h；n為該管道控制范圍內同時開啟的給水栓個數；N為全系統同時開的給水栓個數；Q0為灌溉系統設計流量，m3/h。

本次設計按各支管灌水時每次只開啟一個出水樁考慮，各支管設計流量均為5.80 m3/h。

(3)管網水力計算

1)管網水頭損失計算

根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》管道沿程水頭損失，按照下式計算：

式中；hf為沿程水頭損失，m；L為計算管段長度，m；Q為計算管道流量，m3/h；D為計算管道內徑，mm；f為管材摩阻系數；m為流量指數；b為管徑指數；

根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》地埋式PE管的摩阻系數取0.995×105、流量指數取1.77、管徑指數取4.77。本次設計局部水頭損失按照沿程水頭損失的10%計算。

2)管徑確定

管徑采用經濟流速法確定。

式中：d為管道內徑，mm；v為管內流速，m/s；Q為設計流量，m3/h。

根據計算確定，本工程主干管上段管徑d為400 mm，下段管徑d為315 mm；根據控制面積分干管管徑d采用250 mm、200 mm兩種規格；支管管徑d統一采用Φ110 mm，設計工作壓力等級為0.6 MPa。

4 效益分析

該高效節水灌溉工程實施后，節水灌溉工程的功能和優勢已經逐步發揮，具有顯著的經濟效益和社會效益。一是節水效果明顯。管道灌溉比明渠灌溉水利用系數可由原來的0.64提高到0.87以上，可有效緩解農業灌溉和城鎮供水矛盾，支撐和促進縣域經濟社會的可持續發展。二是探索和創新了灌區建設和節水改造的新思路。在自流明渠灌區，因地制宜，探索實踐低壓管道灌溉技術，有效改善了灌區水利工程設施條件，推動灌區科學發展，保障農業提質增效。三是促進了現代農業園區快速發展。低壓管道供水能更好滿足現代農業園作物灌溉需求，灌區土地流轉加快，更好的促進了現代農業園區迅猛發展。

5 結語

在自流灌區地形高差滿足壓力水頭要求，農業發展基礎好，農業現代園區優勢明顯的灌區采用低壓管道灌溉方式，建設高效節水灌溉工程，具有“灌溉配水靈活，用水計量準確，管理手段先進，群眾用水方便”的特點和優勢。對改變原有大水漫灌的灌溉模式，促進灌區節約用水起到積極作用，是今后農田水利建設的有益探索和發展方向。同時在田間末級灌溉管網配套噴灌、滴灌等高效節水灌溉設施，可滿足現代農業園區作物灌溉需求。因此，發展高效節水灌溉面積，對促進項目區產業結構調整，提高農業經濟效益，帶動區域發展，促進鄉村振興，助力貧困群眾脫貧攻堅具有重要意義。