農田高效節水管道灌溉規劃設計探討

賈珺琳

(晉城市水務局，山西 晉城 037000)

涌泉灌是現代農業灌溉中的重要方式，于毛管上安裝涌水器，以涌泉的方式向土壤中灌水。從適用性的角度來看，涌泉灌在果園和林區灌溉中具有較高的可行性，可實現局部的精細化灌溉。得益于涌泉灌的節約化、高效化特性，其在我國的果園灌溉中取得愈發廣泛的應用。

1 涌泉灌系統的應用特點

(1)構成簡單。涌泉灌系統的重要組成部分包含首部樞紐、輸配水管網、小管灌水器，設施配套較為簡單。其中，首部及輸水管網與微灌系統相同，但其對過濾器的要求較低，通常按照60～80 目的要求配置即可。管道末端級微管的一端緊密對接至地下涌流器，其余一端裸露至地表，根據現場的灌溉需求，以射流狀出流。根據涌水微管的布設情況，在其出口周邊開挖灌水坑，發揮出臨時蓄水的作用，緩解地面徑流流失問題[1]。

(2)節水效果好。在合理配置涌泉灌系統后，可有效減少滲漏和蒸發損失量，灌溉時著重潤濕作物根部周邊的土壤，在不影響作物正常生長的前提下有效減少灌水量，水的利用率較高。相比于噴灌而言，可省水15%左右。

(3)不易堵塞。最小出流管采用的是4 mm 微管，在日常使用中不易出現堵塞現象;同時，未對水質提出過高的要求，水源在未經化學處理時也可有效使用，可避免傳統滴管方式易堵塞的問題。

(4)穩定可靠。在整個涌泉灌管網系統的建設中，微管露出地面10 cm～15 cm，除此之外的其它部分均埋設在耕作層以下，外界環境對涌泉灌管網系統的影響較小，不易出現設施受損、丟失的異常狀況。

(5)經濟高效。根據前述分析，涌泉灌系統的配置簡單、用水量較少、運行穩定可靠，因此可有效降低在灌溉水方面的成本投入，不會對果農產生過大的經濟壓力;同時，涌泉灌系統的灌溉具有精細化的特點，可以充分滿足果樹對水分的要求，有利于果樹的正常生長，實現果實品質和產量的雙重提升，進而提高經濟效益。實踐表明，在采取涌泉灌的方法后，果樹可增產30%以上。

2 灌區概況

申莊水庫位于申莊村東，壩高25 m，庫容1400 萬m3，于2010 年對壩體做除險加固處理。每年3 月、4 月份枯水期30%年份出現斷水，平均年需水量210 萬m3。水庫移民示范村果樹園區建設工程是當地農業事業中的重點工作內容，設計規模714.3 m3/d，果樹園區250 畝。

3 申莊村節水片典型設計

典型地塊取在2 號干管上，控制面積為119 畝。在涌泉灌系統配置中，總干管選用的是DN110 的PE 管，根據區域水源狀況，從蓄水池引出，于總干管左側布設DN110 的PE分干管，支管采用DN63 的PE 管，毛管采用DN25 的PE 管。在布設毛管后，分別為每根毛管配套40 個涌水器，統一按照3 m 的間距有序布設到位;此外，分別在各果樹下方布設1 個涌水器。供水控制機制方面，每根分干管控制9 條支管，每條支管控制6 對毛管，建立逐層細化的管網控制體系。

4 節水管道灌溉規劃設計要點

合理規劃設計，使每條毛管的配套穩流器均保持穩定運行狀態，即穩流壓力在許可范圍內，在此條件下可有效增強灌水的均勻性，在保證灌水適量的前提下，減少不必要的水資源浪費量，達到有效灌水、節約灌水的效果。

4.1 管網規劃設計的基本原則

管網集干、支、毛三級管于一體，形成層次化的管網體系。毛管平行于樹行，支管垂直于樹行，按照相應的位置關系布設管道。管網布置的基本原則，如下:

(1)裁彎取直，盡可能使管線走直線，縮短供水距離，減少管材配置量;

(2)密切關注輪灌區的劃分情況，合理布設支管，盡可能將獨立農戶置于單獨的輪灌區，以便更好地開展運行管理工作;

(3)為便于施工管理，條件適宜時優先沿路布設管線。

4.2 輪灌組的合理劃分

分別為每棵果樹配置一臺穩流器，該設施出水量控制在60 L/h～70 L/h，按照此數量關系推算，確定受益區果樹的棵數，進一步明確適宜的輪灌組數量，使其能夠有效滿足果樹灌溉要求。

4.3 管網布置形式

考慮到成本控制要求，毛管宜選用Φ15 塑管，按穩流器出流量60 L/h、間距約3 m 考慮，將毛管的長度控制在80 m以內，在明確此類參數后，即可繪制出灌區管網的布置雛形，建立起總體管網框架。

4.4 管網水力的計算方法

管道管徑和管內水壓是水力計算時的重點指標。綜合考慮類似工程經驗和經濟流速要求，初步確定合適的管道管徑，再尋找各輪灌區中最遠的毛管，在確保有1 kg/cm2壓力的前提下測算管道的首部工作水頭，根據此項結果檢驗毛管的水壓，合理的狀態是水壓穩定在1 kg/cm2～3.5 kg/cm2區間內，若現場有超壓狀況，則根據超壓的程度對管網布置做靈活的調整，而后再次試算水壓，直至該項指標在合理范圍內為止。此時，得到具體的水力計算結果見表1。

表1 管網水力計算結果

4.5 管材及管件的配套

塑料管具有安裝便捷、經濟高效等特點，因此在水利工程中取得廣泛的應用。在涌泉灌管材的選取中，主要考慮的是聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯管材，管件則以塑料或鋼材質為宜。

4.6 節水管道的施工

4.6.1材料準備與測量放線

經過規劃設計后，確定各類涌泉灌系統的材料，做好準備;以管網布置圖為準，組織測量放線，作為管材安裝的參照基準;分別在分水口、轉彎點打設木樁;在測量開挖線后，以撒白灰的方式做清晰的標記。

4.6.2管溝的開挖

分如下幾種情況考慮:干、支管管溝，開挖寬度0.4 m、深度0.6 m;毛管管溝，開挖寬度0.2 m、深度0.4 m。此外，各類型管溝均設置為矩形斷面[2]。

4.6.3管道聯接

考慮到管道聯接的穩定性要求，用噴燈在現場加熱承插，并向連接部位(例如彎頭與管道、三通與管道的連接處)涂抹粘結劑，保證兩者的結合具有足夠的穩定性;于毛管上打孔后，及時插入穩流器及出流微管。

4.6.4管路清理與回填

施工后，通水沖洗，目的在于清理殘留在管中的雜物，而后再安裝支、毛管末端堵頭;隨后，安排試水，采取此方法檢驗管道連接部位的質量，判斷是否漏水，若有則及時修復，并再次檢驗，直至完全滿足要求為止。

4.6.5閥門井施工

閥門井施工時間安排在試水回填后，以水泥砂漿砌磚的方法建成閥門井，上蓋混凝土板或鋼板。根據現場情況靈活設置閥門井的形態，例如圓形、矩形是較為常見的結構形式。

4.6.6水壓測試

涌泉灌系統設置成型后，安排測壓，此舉目的有二:一是判斷實際水壓，加深對設施實際運行情況的認識;二是以測壓的方式校核水力計算結果。為保證測壓的有效性，宜安排在試水及回填土前進行，在現場選取兩處輪灌區(距水源最近、最遠的輪灌區)，經過測試后確定毛管可承受的壓力區間(最大壓力、最小壓力)，進而判斷該值是否在穩流器的正常壓力區間內，結合此方面的狀況對管網布置方式做靈活的調整。若測試結果無誤，安排土方回填施工，至此則結束整個涌泉灌系統的各項建設工作。

4.7 應用效果分析

(1)經濟效益:工程建成后，灌溉系統可穩定運行，從建成三年后的果園生產水平來看，年均產果50 萬kg，年新增總產值150 萬元，人均收入增加3750 元，具有突出的經濟效益優勢。

(2)生態環境效益:新增節水灌溉面積250 畝，節水19000 m3，可有效減少果樹灌溉的水資源浪費量，對保護水資源較為友好。

5 施工注意事項

(1)穩流器出水孔徑較大，日常使用中發生堵塞的幾率較低，但并不意味著其完全不堵塞，為防患于未然，在規劃設計階段需考慮到水質過濾的要求，予以有效的技術優化。

(2)系統開泵充氣時可能有“氣槍效應”，其直接影響則是破壞穩流器的正常狀態，為此，可在干、支管處設適量的進排氣閥。

(3)注重對打孔質量的控制，確保打孔后產生的毛刺得到有效的清理，否則可能有倒貼現象，進而導致個別穩流器的流量明顯低于正常值，甚至存在完全不出水的狀況。

6 結語

在水資源緊缺的生產、生活環境中，水資源集約化是重要的發展方向。具體至農業灌溉領域，可以考慮涌泉灌系統或是其它的方式，根據現場水文條件、作物用水需求進行合理的規劃設計，充分兼顧灌溉有效性和減少用水量的雙項要求，促進農業事業的可持續發展。