丘陵地區(qū)土地整治“旱改水”項(xiàng)目灌溉工程設(shè)計(jì)初探

張若玉

為提升大面積旱地的土地質(zhì)量，有必要實(shí)施“旱改水”項(xiàng)目。旱地改造成水田，關(guān)鍵是水源，水源要可靠，通過工程措施把水提引到田間進(jìn)行灌溉。有些地區(qū)地勢(shì)高低起伏，地面高差能達(dá)到十幾米、甚至幾十米，而水源一般為小型水庫(kù)或較大水塘，地勢(shì)較低，如安徽省肥東縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因此有必要對(duì)水田灌溉模式的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

一、灌溉模式的設(shè)計(jì)思路

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際，對(duì)于水源較低、田塊較高的地區(qū)，采用泵站提水，PE 管道輸水把水送到制高點(diǎn)的調(diào)蓄水池，然后從調(diào)蓄水池放水至田間進(jìn)行灌溉。

二、工程設(shè)計(jì)原則

一是對(duì)土地利用進(jìn)行合理布局，二是規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)水資源的開發(fā)利用，三是要因地制宜。

三、工程設(shè)計(jì)目標(biāo)

本著“環(huán)境友好、生態(tài)優(yōu)先”的原則，堅(jiān)持“全域統(tǒng)籌”的總體戰(zhàn)略，切實(shí)保護(hù)耕地。通過有計(jì)劃、有步驟、分階段的土地治理，將旱地改造為水田，完善田間配套設(shè)施，改善生產(chǎn)條件，提高耕地質(zhì)量和糧食綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式由傳統(tǒng)向現(xiàn)代的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的最大化；把項(xiàng)目區(qū)農(nóng)田建成設(shè)施配套完善、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)、抵御災(zāi)害能力強(qiáng)、生態(tài)環(huán)境良好的現(xiàn)代化農(nóng)田。

四、工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)通則（2014）》和《安徽省土地開發(fā)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（試行），結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的地理位置和農(nóng)作物種植情況，擬定項(xiàng)目區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉保證率一般為75%～85%。

考慮項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃灌溉方式，灌溉渠系防滲情況，確定渠系水利用系數(shù)，田間水利用系數(shù)，推算灌溉水利用系數(shù)，一般為0.5～0.8。

五、泵站流量計(jì)算

根據(jù)《安徽省行業(yè)用水定額標(biāo)準(zhǔn)》（DB34/T679-2019）項(xiàng)目區(qū)的耕作習(xí)慣、作物種植結(jié)構(gòu)等來確定灌溉模數(shù)。典型種植方式為中稻—油菜或中稻—小麥。為最大程度地滿足項(xiàng)目區(qū)作物的生長(zhǎng)需求，取水稻作物用水高峰期(泡田期)的用水需求作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，泡田定額、渠系水利用系數(shù)按《安徽省行業(yè)用水定額標(biāo)準(zhǔn)》（DB34/T679-2019）確定，泡田時(shí)間一般取8d，按每天的灌水時(shí)間取16～20h計(jì)算平均每天泡田量,最大用水流量發(fā)生在第8 天，泵站不但要提供第8 天泡田用水，還要提供前7 天泡田栽秧的秧苗補(bǔ)水，稻田苗期每日耗水量一般取10mm。

項(xiàng)目區(qū)的每天泡田灌溉流量：

Q=Am/3600Ttη

式中：

Q—設(shè)計(jì)灌水流量（m3/s）；

A—各種作物的灌溉面積（畝）；

m—設(shè)計(jì)灌水定額（m3/畝）；

T—一次灌水周期，取8d；

t—每晝夜實(shí)際灌水時(shí)間，取t=16h；

η—渠系水利用系數(shù)，依據(jù)行業(yè)定額計(jì)算而定。

六、泵站總揚(yáng)程計(jì)算

（一）輸水管道水頭損失計(jì)算

1.沿程水頭損失計(jì)算，依據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2019），公式：

h沿=iL

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

式中：

h沿—沿程水頭損失，m；

L—計(jì)算管段的長(zhǎng)度，m；

i—單位管長(zhǎng)水頭損失，m；

C—海曾威廉系數(shù)，塑料管C=140～150；

Q—管段流量，m3/s；

d—管道內(nèi)徑，m；

2.局部水頭損失計(jì)算，參照《規(guī)范》可按沿程水頭損失的5%～10%計(jì)算。

3.輸水管道水頭損失=沿程水頭損失+局部水頭損失。

（二）泵站本身揚(yáng)程計(jì)算

泵站本身揚(yáng)程=凈揚(yáng)程＋管路水頭損失揚(yáng)程

凈揚(yáng)程=出水池水面高程-進(jìn)水池水面高程

管路水頭損失=（10%～30%）凈揚(yáng)程

泵站總揚(yáng)程=輸水管道水頭損失+泵站本身揚(yáng)程

七、泵型選擇

泵型選擇的原則：一是能滿足設(shè)計(jì)流量與設(shè)計(jì)揚(yáng)程的要求；二是水泵在多年運(yùn)行中平均效率要高；三是建站投資和設(shè)備功率最小；四是選用的水泵應(yīng)便于操作、維修和管理。

根據(jù)上述泵型選擇原則，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地形，依據(jù)上述計(jì)算的設(shè)計(jì)灌水流量Q 與泵站總揚(yáng)程H總，選擇水泵型號(hào)，一般采用離心泵，再根據(jù)水泵參數(shù)配備電機(jī)。

八、具體案例

肥東縣某“旱改水”項(xiàng)目，灌溉面積180 畝，水源為小（Ⅱ）型水庫(kù)，進(jìn)水池水位60.9m，調(diào)蓄水池水位74m，出水口至泵站的距離為580m，輸水管道采用PE 管。

（一）設(shè)計(jì)流量計(jì)算

設(shè)計(jì)流量Q 包括第8 天泡田用水Q1和前7 天的秧苗補(bǔ)水Q2兩部分,經(jīng)計(jì)算:

Q1=200×75/3600×8×16×0.7=0.046（m3/s）

Q2=175×667×0.01/3600×16×0.7=0.029（m3/s）

經(jīng)計(jì)算Q 為0.075m3/s。

（二）輸水管道水頭損失計(jì)算

1.沿程水頭損失計(jì)算

本次計(jì)算C 取145，Q=0.075m3/s，干管采用PE100 管，公稱外徑225mm，內(nèi)徑為225-10.8-10.8=203.4mm；

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

=10.67×145-1.852×0.0751.852×0.2034-4.87

=0.0239m

調(diào)蓄水池出水口距離泵房的長(zhǎng)度580m，沿程水頭損失h沿=iL=0.0239×580=13.862（m）

2.輸水管道局部水頭損失計(jì)算

參照《規(guī)范》，局部水頭損失可按沿程水頭損失的5%～10%計(jì)算；本次按10%計(jì)算。干管局部水頭損失h局=13.862×10%=1.386（m）。

3.輸水管道水頭損失

h損=h沿+h局=13.86+1.39=15.25（m）

4.泵站管路水頭損失計(jì)算

H凈=H出-H進(jìn)=74-60.9=13.1（m）

H損=kH凈

式中：H損—管路水頭損失，m；

H凈—泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程，m；

k—管路水頭損失占凈揚(yáng)程的百分比。

參照《中小型泵站設(shè)計(jì)與改造技術(shù)》，k 按30%計(jì)算。H損=13.1×0.3=3.93（m）。

5.管道水頭總損失

管道水頭總損失=干管水頭損失+管路水頭損失=15.25 ＋3.93=19.18（m）。

（三）泵站工程總揚(yáng)程及設(shè)備選擇

1.泵站總揚(yáng)程

泵站設(shè)計(jì)總揚(yáng)程=管道管頭總損失+泵站凈揚(yáng)程=19.18+13.1=32.28（m）。

2.泵型選擇

根據(jù)上述泵型選擇原則，結(jié)合該泵站灌區(qū)內(nèi)地形，參照設(shè)計(jì)流量與總揚(yáng)程，設(shè)計(jì)采用離心泵，揚(yáng)程42m，其設(shè)備選型設(shè)計(jì)參數(shù)與型號(hào)見表1。

表1 泵站參數(shù)一覽表

九、結(jié)論

“旱改水”工程的關(guān)鍵是通過工程措施把水提到田地進(jìn)行灌溉。本文對(duì)丘陵地區(qū)“旱改水”項(xiàng)目灌溉工程設(shè)計(jì)，泵站流量、揚(yáng)程的計(jì)算，水泵、電機(jī)的選型等幾個(gè)主要問題進(jìn)行了初步分析和探討，對(duì)丘陵地區(qū)的水田灌溉設(shè)計(jì)具有一定參考作用■