高效節水灌溉典型工程設計及其施工要點分析

王清君

(北票市高標準農田建設管理辦公室，遼寧 北票 122113)

1 項目概況

遼寧省北票市2018年中央財政高效節水灌溉項目，共涉及12個鄉鎮，37個行政村，共分12個項目片區，主要任務是改善灌溉面積1400.00 hm2(管灌1369.33 hm2；滴灌30.67 hm2)，全部為糧食作物，主要建設任務如表1所示。

表1 北票市2018年中央財政高效節水灌溉項目建設任務

2 典型工程設計

本項目灌溉工程類型有以下四種：管灌大口井、管灌機井、管灌機井+蓄水池、滴灌機井。本文以管灌大口井和滴灌機井為典型工程，對其設計要點進行分析[1]。

2.1 管灌大口井設計分析

項目區位于北票市西北部，地勢為低山丘陵，地塊設計長約350 m，寬約210 m，總面積約7.35 hm2，種植作物為玉米。區內需改建大口井1眼，改建井房1座，布置開關啟動柜、水泵、逆止閥等首部工程，設計總投資14.9萬元。

2.1.1 單井控制面積設計

經實地測算，該區單井出水量Q=30 m3/h，井深12 m，水質符合要求，適宜發展管灌。單井控制灌溉面積A0計算見公式(1)[2]。

(1)

式中：t為灌溉期機井每天開機時間，h/d；T為每次輪灌期天數，d；η為灌溉水利用系數，取0.8；m為綜合平均灌水定額，m3/hm2。經計算得：A0=7.43 hm2，因此1眼井便可控制該項目區。

2.1.2 管網布置設計

(1)管網布置形式。由于本區地勢平坦，為充分利用地面坡降，根據“干管垂直種植方向、支管平行種植方向”原則布置管網，其中支管采用“豐字”型管網形式，可使管線長度最短、干管平直(見圖1)[3]。管材為PVC，抗腐蝕性強，且能適應一定沉降[4]。

圖1 管網布置形式示意

(2)管道參數設計。管道內徑D根據流量Q和經濟流速v共同確定，計算見公式(2)[5]。

(2)

式中：n為該管道控制范圍內同時開啟的給水栓個數；v為經濟流速，取1.5 m/s；N為全系統同時開啟的給水栓個數。經計算得：D干=84.10 mm，D支=59.47 mm。根據計算結果和實際經驗，設計該項目區干、支管分別選擇φ90、φ75管材。

管道沿程水頭損失hf直接關系到供水流量、流速等問題，計算見公式(3)[6]，局部水頭損失按沿程水頭損失10%計算。

(3)

式中：f為管材摩阻系數，取0.948×105；m為流量指數，取1.77；b為管徑指數，取4.77；L為管長，m。經計算得：管道系統進口至最遠給水栓沿程總水頭損失為13.33 m，據此選擇的水泵型號詳見表2。

表2 項目區潛水泵性能參數

2.2 滴灌機井設計分析

項目區地形東高西低，為低山丘陵與山間河谷區，中低山下部為剝蝕堆積地形，以種植玉米為主。該地塊長432 m，平均寬度356 m，面積15.38 hm2。根據項目區水源、地形、實際運行方式，灌溉方式選擇滴灌。

2.2.1 首部工程布置

根據水源地質條件，在項目區內改建井1眼，在P=85%時，出水量為40 m3/h，根據公式(1)算得單井可控制面積15.84 hm2，1眼井即可滿足要求。首部工程布置順序：逆止閥→閘閥→離心過濾器→施肥罐→網式過濾器→壓力表→水表→閘閥[7-9]。

2.2.2 管網布置設計

(1)管網布置形式設計。該項目區內設計布置小塊滴灌區30個，區內種植玉米，采用地膜覆蓋栽培，株距0.3 m，行距1.2 m，管網具體布置設計如下：①從水源井向地塊新鋪設1條干管(PVC管材，φ110 mm，0.8 MPa)，長287 m。布置支管(PVC管材，φ75 mm，0.63 MPa)2條，各432 m，布置為“豐字”型；②支管垂直作物壟向，毛管平行作物壟向，雙向布置。毛管間距1.2 m，滴頭間距0.3 m，滴灌流量1.38 L/h。滴灌帶采用內鑲貼片式，鋪設長度為50～100 m。

(2)管道流量計算。該項目區內由1條支管控制，灌溉時有2條支管工作，管道流量Q計算見公式(4)。

Q=n·q

(4)

式中：n為下一級管道(滴頭)數量；q為下一級管道設計流量，m3/h。各級管道流量設計見表3。

表3 各級管道流量設計 m3·h-1

(3)輪灌制度設計。本項目滴灌系統工作制度及運行方案設計如下：劃分15個輪灌組，每次運行2條支管，1條支管開啟2個小區控制閥，一次灌水延續時間為4.4 h，48根毛管同時工作，一個輪灌組灌水結束后，先開啟下一個輪灌組，再關閉上一個輪灌組，嚴禁先關后開，具體輪灌制度見表4[10]。

表4 輪灌制度

3 工程施工要點

3.1 水源井施工要點

3.1.1 機井

(1)管井采用沖擊鉆井，鉆孔孔徑D500，井徑D310，管井頂部采用D310鐵管襯砌，下部采用D265鐵管襯砌，濾水部分采用D260鐵管(管身為電鉆打孔，約19排，孔距3.5 cm，孔徑8 mm)，非巖石層采用D260鐵管襯砌。

(2)井壁與井管間填充石灰石作為濾料，頂部用黏土填充封井。終孔頂角傾斜度≤1.5°，成井后采用空壓機和水泵進行聯合洗井，洗井方式為從上至下、多次洗井，洗至水清砂凈后進行抽水試驗，試驗時間連續≥4 h。

3.1.2 大口井

(1)本項目大口井井徑分為2.0 m和6.0 m兩種，井深5～15 m，挖掘機開挖。

(2)6.0 m內徑井壁材料為砌石，強度>30 MPa，混凝土強度≥C20，采用M10漿砌石進行井臺砌筑，并進行洗井；2.0 m內徑井壁采用C25混凝土澆筑，厚度10 cm，預制井圈高度0.8～1.0 m，井蓋為C25混凝土預制板，鋼筋采用Ⅰ級配筋，并進行洗井。

3.2 井房施工要點

(1)高強度防靜電板井房。高強度防靜電板井房設計尺寸：1.35 m×1.25 m×2.03 m(長×寬×高)，為全鋼骨架，井房室內地面制作，鋼筋與地梁連接網狀，砂石混凝土厚100 mm，井房外滴水檐寬300 mm、砂石混凝土厚100 mm，地梁采用C20混凝土，土墊層進行夯實。

(2)磚混結構井房。磚混結構井房設計尺寸：3.3 m×3.3 m×2.5 m(長×寬×高)，基礎采用砌石結構，埋深1.3 m，基槽開挖按1∶0.5放坡，基礎開挖到離基底約20 cm時，采用人工修整。四周立墻采用磚混結構，墻寬24 cm，墻壁內外采用M10砂漿抹面2 cm，房頂采用現澆鋼筋混凝土結構，屋面現澆10 cm厚C20混凝土，頂層砂漿抹面。

4 結 語

本項目實施后，管灌灌溉水利用系數達到0.8，滴灌灌溉水利用系數達到0.9，每年節約水量12.41萬m3，平均每畝玉米產量增加100 kg。農業生產條件和生態環境均得到明顯改善，有效緩解了當地用水緊張局面，使該地區農業生產步入良性循環軌道。但同時應認識到發展高效節水灌溉前期需要大量資金支持，而且對實際條件要求較高，因此不可盲目實施，否則可能無法發揮效益。