高效節(jié)水在南疆地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)中的應(yīng)用

吳 紅

（新疆瑞昶設(shè)計(jì)有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

項(xiàng)目區(qū)灌溉面積0.96 萬畝。根據(jù)引水渠道位置不同，劃分為7 個(gè)地塊。平均面積在1000 畝～1700 畝之間。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，項(xiàng)目區(qū)種植作物均以小麥、玉米為主。現(xiàn)狀以地表水為水源，從項(xiàng)目區(qū)鄰近的防滲斗渠引水，田間農(nóng)渠為土渠，田間灌溉采用常規(guī)灌溉，根據(jù)工程總體規(guī)劃，擬實(shí)施設(shè)施高效節(jié)水灌溉，作物統(tǒng)一調(diào)整為冬小麥，灌溉方式采用滴灌。

2 工程實(shí)施的原因

項(xiàng)目區(qū)灌溉水平落后，土地利用率相對(duì)較低，農(nóng)業(yè)技術(shù)還停留在十幾年前。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)技術(shù)落后主要表現(xiàn)在：①耕地畝產(chǎn)量較低；②農(nóng)業(yè)用水量過大，水資源相對(duì)緊缺；③田間配套設(shè)施落后，無法滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)、作業(yè)要求；④農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢，農(nóng)民收入不高。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 灌溉方式

項(xiàng)目區(qū)以小麥種植為主，滴灌具有節(jié)水效益明顯，經(jīng)濟(jì)效益突出，節(jié)省勞力的特點(diǎn)，為提高區(qū)域內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，完成節(jié)水增效目標(biāo)，本次項(xiàng)目區(qū)采用滴灌的灌溉形式。

3.2 節(jié)水量計(jì)算

灌溉面積0.96 萬畝，項(xiàng)工程實(shí)施后，灌溉水利用系數(shù)由0.55 提高到0.62，農(nóng)業(yè)灌溉用水量由現(xiàn)狀年的633.7 萬m3減少到410.3 m3，農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)約水量為223.4 萬m3。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 滴灌工程設(shè)計(jì)

4.1.1 基本資料

①種植模式

毛管布置采用一管四行，0.18 m+0.12 m+0.18 m+0.12 m，行間距0.6 m，株距0.1 m，毛管平均鋪設(shè)間距0.6 m。布置見圖1。

圖1 滴灌帶布置示意圖

②土壤特性指標(biāo)

土壤為壤土，田間持水率25%，適宜土壤含水率上限θmax取田間持水量的90%，下限θmin取田間持水量的65%。

③灌溉水利用系數(shù)

灌溉水利用系數(shù)η=0.90。

④設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度Ia

參照作物蒸發(fā)蒸騰量Ec=5.90 mm/d，作物遮蔭率對(duì)耗水量的修正系數(shù)kr=1.0。設(shè)計(jì)耗水強(qiáng)度Ea=kr×Ec=5.9 mm/d。設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度Ia=Ea-P0-S0。

⑤其他參數(shù)

（1）系統(tǒng)日有效工作時(shí)間C，根據(jù)規(guī)范取C=22h。

（2）計(jì)劃濕潤(rùn)土層深度z=0.4m，設(shè)計(jì)土壤濕潤(rùn)比：

式中：Sw為濕潤(rùn)帶寬度，0.5 m；SL為滴灌帶間距，0.6 m。

4.1.2 灌水器的選擇

參照《滴灌工程設(shè)計(jì)圖集》（國(guó)家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心顧烈烽）中灌水器選型方法，滴灌帶參數(shù)見表1。

表1 滴灌帶參數(shù)表

4.1.3 灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果（表2）

表2 設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表

根據(jù)地塊分布情況，每個(gè)地塊布置系統(tǒng)一個(gè)。單系統(tǒng)面積在1000 畝～1700 畝之間。根據(jù)《微灌工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50485-2020），用公式3.2.3-1 計(jì)算項(xiàng)目區(qū)總需水流量，本項(xiàng)目滴灌系統(tǒng)水源為地表水，從鄰近內(nèi)斗渠引水，渠道設(shè)計(jì)流量大于系統(tǒng)引水流量，不存在水源不能滿足灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量問題，設(shè)置沉淀池，然后再通過離心泵加壓輸至系統(tǒng)各級(jí)管道。

式中：A 為系統(tǒng)控制面積，hm2；Qs為系統(tǒng)供水量；td為水源每日供水時(shí)數(shù)，20h；η 為灌溉水利用系數(shù)，取0.9；Ia為設(shè)計(jì)供水強(qiáng)度，Ia=Ea-Po，Po為有效降雨量，本地區(qū)取0 mm/d。

結(jié)果見表3。

表3 系統(tǒng)控制面積及流量計(jì)算表

4.1.4 工作制度

根據(jù)條田滴灌帶和支管鋪設(shè)情況，每次開啟同組編號(hào)的支管。棉花輪灌組延續(xù)灌水時(shí)間4 h，每天開啟5 個(gè)輪灌組，每天工作22 h，4.5 天灌完。

①灌水小區(qū)

其中，Yi是在問卷中對(duì)于工作是否匹配詢問(您覺得現(xiàn)在這份工作與您的能力相匹配么)的自評(píng)結(jié)果的被解釋變量，X1代表了將人口統(tǒng)計(jì)學(xué)特征和工作狀況等的控制變量，X2代表了核心解釋變量新媒體使用的代理變量：每周社交媒體使用時(shí)間以及APP種類的下載數(shù)量。其中，社交媒體使用時(shí)間代表了新媒體使用的深度，而APP種類數(shù)量則代表了新媒體使用的廣度。α1表示了新媒體使用對(duì)于農(nóng)民工工作匹配的影響系數(shù)和方向。

依據(jù)《微灌工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50485-2020）中以同一個(gè)輪灌區(qū)的支管控制灌溉范圍為一個(gè)灌水小區(qū)，并進(jìn)行水力設(shè)計(jì)。項(xiàng)目區(qū)的灌水小區(qū)組成為毛管+支管。

毛管按作物種植方向布置，支管垂直于毛管布置，毛管進(jìn)口通過按扣三通與支管連接，毛管管徑de16 mm，滴頭額定流量2.1 L/h，支管管徑de90 mm。

根據(jù)上述計(jì)算成果，結(jié)合灌水小區(qū)工程布置情況確定，一對(duì)毛管設(shè)計(jì)鋪設(shè)長(zhǎng)度不超過110 m。支管單側(cè)鋪設(shè)長(zhǎng)度確定為不超過55 m。

②各級(jí)管道設(shè)計(jì)

根據(jù)灌水器和毛管的流量、數(shù)量依次可以計(jì)算出毛管、支管的流量，進(jìn)而得出分干管、干管各級(jí)管道的流量。

按照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50288-2018）第6.3.2 條規(guī)定，干管管道設(shè)計(jì)流速應(yīng)控制在0.9 m/s～1.5 m/s，干管和分干管計(jì)算選用v=1.5 m/s。支管設(shè)計(jì)流速通常應(yīng)限制在1 m/s～2 m/s 以內(nèi)，支管計(jì)算選用v=2.0 m/s。擬定系統(tǒng)干管、分干管、支管經(jīng)濟(jì)管徑。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，干管、分干管的初選管徑小于de160～de315，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，PVC-M 管材作為地下輸配水管網(wǎng)較為經(jīng)濟(jì)，因此選擇PVC-M 管材作為地埋管道管材，壓力等級(jí)初選0.63 MPa。

支管管徑de90，鋪設(shè)在地面，灌溉季節(jié)長(zhǎng)期在日光下暴曬，PE 管抗老化能力好，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，選用薄壁PE 管，壓力等級(jí)初選0.25 MPa。

4.2 水源工程設(shè)計(jì)

4.2.1 沉砂池設(shè)計(jì)

本工程水源為地表水，根據(jù)各地塊引水位置不同，布置沉砂池6 座。新建引水閘7 座，引水渠道7 條。通過引水渠道引水進(jìn)入沉砂池進(jìn)行沉淀。

按照《水利水電工程沉砂池設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL/T 269-2019），并參照《大田滴灌圖集》，確定本項(xiàng)目使用平流式沉砂池，有效容積8000 m3。

4.2.2 首部樞紐設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)水源采用地表水，雜質(zhì)主要有泥沙、有機(jī)質(zhì)等。本次灌溉首部系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用砂石+網(wǎng)式自動(dòng)反沖洗過濾器，過濾精度不小于80 目。每個(gè)系統(tǒng)布置敞口式鋼板施肥箱容積1000 L（1 m×1 m×1 m，壁厚3.2 mm）1 套，共6套。新建泵房1 座，磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積250 m2。

4.2.3 電氣設(shè)計(jì)

根據(jù)工程區(qū)用電負(fù)荷等級(jí)情況，設(shè)計(jì)采用1 回10 kV電源供電即可滿足要求。每座泵站室外設(shè)桿上變壓器一座，10 kV 電源采用1 回線路T 接至附近的10 kV 農(nóng)用輸電線路。

5 工程投資和效益分析

項(xiàng)目總投資1440 萬元，畝均投資1500 元。工程實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了水肥的統(tǒng)一管理，畝產(chǎn)量增加10%左右，種植面積擴(kuò)大了5%左右。耗水量減少了20%以上。效益明顯，說明南疆水資源緊缺地區(qū)發(fā)展高效節(jié)水的重要性，為后期土流流轉(zhuǎn)和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

該項(xiàng)目的實(shí)施提高了水資源利用率，發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積9600 畝。項(xiàng)目建成后，提高了項(xiàng)目區(qū)耕地質(zhì)量，對(duì)于保護(hù)和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要作用。