碾子山區(qū)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目典型設(shè)計(jì)探析

劉 磊，孫艷坤，吳 華

(齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

1 項(xiàng)目概況

碾子山區(qū)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目新增高效節(jié)水灌溉面積706.6hm2，均為噴灌工程，采用絞盤(pán)式噴灌系統(tǒng)以及移動(dòng)式管道噴灌系統(tǒng)。項(xiàng)目區(qū)共分為3個(gè)片區(qū)，布置水源井46眼，絞盤(pán)式噴灌系統(tǒng)40套，移動(dòng)式噴灌系統(tǒng)6套，量測(cè)水設(shè)備46套，動(dòng)力發(fā)電機(jī)組46套。

2 項(xiàng)目區(qū)布局

項(xiàng)目布局是在對(duì)目前國(guó)內(nèi)各種節(jié)水灌溉模式的分析比較基礎(chǔ)上，參考了鄰近地區(qū)類似工程的投入使用運(yùn)行情況，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，因地制宜，充分考慮當(dāng)?shù)氐乃临Y源及投資能力等情況綜合進(jìn)行分析確定。

碾子山區(qū)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目分為3個(gè)片區(qū)，主要種植經(jīng)濟(jì)作物和高效糧食作物，采用移動(dòng)式管道噴灌和絞盤(pán)式噴灌設(shè)備進(jìn)行灌溉，布局如下：

片區(qū)1項(xiàng)目地點(diǎn)在碾子山區(qū)富強(qiáng)街道辦事處華豐村，灌溉面積100hm2，其中經(jīng)濟(jì)作物面積66.7hm2，主要為油菜花，灌溉方式為移動(dòng)式管道噴灌；高效糧食作物33.3hm2，主要為鮮食玉米，灌溉方式為絞盤(pán)式噴灌；

片區(qū)2項(xiàng)目地點(diǎn)也在碾子山區(qū)富強(qiáng)街道辦事處華豐村，灌溉面積366.7hm2，其中經(jīng)濟(jì)作物面積33.3hm2，主要為油菜花，灌溉方式為移動(dòng)式管道噴灌；高效益糧食作物333.3hm2，主要為鮮食玉米，灌溉方式為絞盤(pán)式噴灌；

片區(qū)3項(xiàng)目地點(diǎn)在碾子山區(qū)富強(qiáng)街道辦事處龍華村，灌溉面積240hm2，其中經(jīng)濟(jì)作物面積33.3hm2，主要為向日葵，灌溉方式為絞盤(pán)式噴灌；高效益糧食作物206.7hm2，主要為鮮食玉米，灌溉方式為絞盤(pán)式噴灌。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 水源工程設(shè)計(jì)

1)水源開(kāi)采布置方案

項(xiàng)目區(qū)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目擬建設(shè)706.6hm2高效節(jié)水灌溉工程，取用地下水，共布置取水機(jī)井46眼，全部為新建水源井。

2)單井控制面積的確定

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水文地質(zhì)條件及《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》(GB/T50625-2010)的技術(shù)要求，確定項(xiàng)目區(qū)單井控制面積及布置井?dāng)?shù)合理性，公式如下：

(1)

式中：F0為單井控制灌溉面積，畝；Q為單井出水量，m3/h；t3為灌溉期間每天開(kāi)機(jī)時(shí)間，h；T2為每次輪灌期的天數(shù)，d；η為灌溉水利用系數(shù)；η1為干擾抽水的水量削減系數(shù)，0.05；m2為綜合平均灌溉定額，m3/畝。

根據(jù)計(jì)算成果，計(jì)算各個(gè)片區(qū)不同單井流量時(shí)單井控制面積為16.8-27.3hm2，考慮由于受地塊面積及地塊間的林帶、排水溝、線桿、設(shè)備情況及作物等因素的影響無(wú)法布置滿足計(jì)算的單井控制面積值，確定絞盤(pán)式噴灌及移動(dòng)式管道噴灌單井控制面積平均為16.7hm2[1]。

3)典型井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)采取地下水作為本項(xiàng)目節(jié)水灌溉用水，本區(qū)地下水賦存條件為：

第一種類型：位于低山丘陵區(qū)溝谷區(qū)，地下水主要賦存在基巖風(fēng)化帶網(wǎng)狀裂隙及斷層構(gòu)造中，單井單位涌水量15.0-50m3/h，成井深度90.0m，開(kāi)孔口徑550mm，管口口徑273mm。0.00-16.00m下置護(hù)壁管及濾水管，護(hù)壁管及濾水管長(zhǎng)度為8.00m，管壁厚度為5mm；下部口徑235mm自然井壁。

第二種類型：分布在寬谷平原區(qū)成井深度70.0m，開(kāi)孔口徑550mm，終孔口徑273mm。0.00-16.20m下置273mm井管，管壁厚度為5mm，0.00-4.00m為護(hù)壁管，4.0-16.20m為濾水管；16.20-70.0m為口徑235m的自然井壁。

第三種類型：分布在雅魯河河谷漫灘區(qū)，成井深度22.0m，開(kāi)孔口徑550mm，井管材料鋼管，井徑273mm，管壁厚度為5mm，上部井壁管長(zhǎng)度4.5m，花管長(zhǎng)度12.00m，沉淀管長(zhǎng)度5.50m。

基于上述水文地質(zhì)條件與現(xiàn)有灌溉設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，確定灌溉水源井單井涌水量為32m3/s。

3.2 絞盤(pán)式噴灌典型工程設(shè)計(jì)

3.2.1 基本資料

絞盤(pán)式噴灌工程選取片區(qū)2-9地塊作為本項(xiàng)目的典型設(shè)計(jì)地塊，典型地塊面積為16.7hm2，該地塊土壤容重為1.45g/cm3，田間持水率22%。主要種植作物為高效糧食作物鮮食玉米。

3.2.2 基本參數(shù)

1)灌溉保證率

根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50085-2007)確定地下水噴灌灌溉設(shè)計(jì)保證率為90%。

2)灌溉水利用系數(shù)

全區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.87。

3)設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度

依據(jù)試驗(yàn)資料及以往經(jīng)驗(yàn)分析，耗水強(qiáng)度取4mm/d。

3.3 機(jī)組選型

根據(jù)井的出水量、地塊形狀及作物情況等，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃發(fā)展目標(biāo)，選擇絞盤(pán)式噴灌機(jī)組型號(hào)為JP75-300，噴灌機(jī)組工作流量為30.7m3/h，噴嘴工作壓力0.4Mpa，射程43m，控制帶寬72m。

3.4 田間布置

根據(jù)地塊隴向、地塊尺寸及噴灌機(jī)性能參數(shù)，對(duì)地塊進(jìn)行條田劃分及管網(wǎng)布置，水源布置在地塊的中心處；輸水管路選用快接高壓軟管，垂直于壟向布置，輸水干管長(zhǎng)度為300m，控制帶寬為72m。

3.5 水泵的選型

根據(jù)計(jì)算的流量和揚(yáng)程及流量揚(yáng)程曲線選用潛水泵，水泵型號(hào)與參數(shù)見(jiàn)表1。

3.6 移動(dòng)式管道噴灌典型工程設(shè)計(jì)

3.6.1 基本資料

移動(dòng)式管道噴灌工程選取片區(qū)2-22地塊作為本項(xiàng)目的典型設(shè)計(jì)地塊，典型地塊面積為16.7hm2，該地塊土壤容重為1.3g/cm3，田間持水率30%。主要種植作物為經(jīng)濟(jì)作物油菜花。

3.6.2 基本參數(shù)

1)灌溉保證率

根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T50085-2007)確定地下水噴灌灌溉設(shè)計(jì)保證率為90%。

2)灌溉水利用系數(shù)

全區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.87。

3)設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度

依據(jù)試驗(yàn)資料及以往經(jīng)驗(yàn)分析，耗水強(qiáng)度取4mm/d。

3.6.3 噴頭選型

為減少灌溉過(guò)程中的工作量，設(shè)計(jì)采用ZY-2噴頭，噴頭設(shè)計(jì)工作壓力定為0.20MPa，射程R=16.3m，qp=1.92m3/h[2]。

3.6.4 田間布置

干、支管選用塑料軟管，每15m布置一個(gè)出水口，設(shè)置截閥體開(kāi)關(guān)。

根據(jù)作物情況選擇豎管高度，考慮操作方便，設(shè)計(jì)豎管高度為1.5m，設(shè)置豎管支架，以保證噴頭工作的穩(wěn)定性。支管每15m布一個(gè)噴頭，噴頭與支管通過(guò)豎管和方便體連接。

3.6.5 水泵的選型

根據(jù)計(jì)算的流量和揚(yáng)程及流量揚(yáng)程曲線選用潛水泵，水泵型號(hào)與參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 水泵型號(hào)參數(shù)表

3.7 配套動(dòng)力設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)

本次噴灌工程動(dòng)力配套采用柴油發(fā)電機(jī)組，共46套，其中發(fā)電機(jī)組功率為30kw的14套，發(fā)電機(jī)組功率為40kw的32套，詳見(jiàn)表2。

表2 配套動(dòng)力方案分配表

4 結(jié) 語(yǔ)

碾子山區(qū)為低山丘陵地區(qū)，耕地資源及水資源十分寶貴，在該地區(qū)農(nóng)業(yè)采用噴灌節(jié)水灌溉技術(shù)，能最大限度發(fā)揮水資源開(kāi)發(fā)利用的作用，以最低的投資、最少的占地，保障農(nóng)業(yè)用水需求。近年來(lái)碾子山區(qū)旅游業(yè)發(fā)展迅速，項(xiàng)目區(qū)一部分位于碾子山區(qū)國(guó)際自行車大賽賽道附近，油菜花灌溉對(duì)于發(fā)展當(dāng)?shù)靥厣糜巫饔妹黠@，項(xiàng)目的實(shí)施和配套對(duì)改善景觀也有著實(shí)際的意義。碾子山區(qū)高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目對(duì)促進(jìn)碾子山區(qū)的地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了十分顯著的促進(jìn)作用，增加了農(nóng)民的收入，改善了地區(qū)人民的生活水平。