李 維

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西西安 710003)

農(nóng)發(fā)中灌項目農(nóng)田管網(wǎng)配套設(shè)計方案探討

李 維

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西西安 710003)

農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)是我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟工作的一個重要組成部分。做好灌區(qū)農(nóng)田管網(wǎng)輸水管道的配套設(shè)計，保證工程質(zhì)量，提高農(nóng)發(fā)中灌項目對合理控制輸配水、降低灌溉用時等方面的管理，同時促進(jìn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、確保糧食生產(chǎn)安全、農(nóng)村經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)業(yè)中灌項目;農(nóng)田管網(wǎng);設(shè)計探討

農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)中型灌區(qū)節(jié)水配套改造項目(以下簡稱農(nóng)發(fā)中灌項目)，自項目實施以來，保護(hù)、支持了農(nóng)業(yè)發(fā)展，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件，優(yōu)化了農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，提高了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和綜合效益。極大改善了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展提供了強有力的基礎(chǔ)保障，保證了糧食生產(chǎn)安全，推動了農(nóng)村各項經(jīng)濟工作的穩(wěn)步發(fā)展，成為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱。中型灌區(qū)灌溉面積占陜西省灌溉面積的35%以上，灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟產(chǎn)值和農(nóng)民人均純收入遠(yuǎn)高出區(qū)域平均值，且所占比重較大，其地位和作用更是不可忽視的。

中型灌區(qū)普遍存在著工程設(shè)施老化失修、供水能力下降、灌溉效益衰減等嚴(yán)重問題，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新形勢、新要求很不適應(yīng)，已成為制約灌區(qū)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的提高和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的主要因素和瓶頸。為改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)田抗御旱澇災(zāi)害的能力，特別是糧食綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，節(jié)水配套改造，全面改善中型灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施條件，提升中型灌區(qū)灌溉管理水平。本文對農(nóng)發(fā)中灌項目實施中的農(nóng)田管網(wǎng)配套工程設(shè)計進(jìn)行探討。

1 農(nóng)田管網(wǎng)配套設(shè)計

管道灌溉是以管道輸水進(jìn)行地面灌溉的一種節(jié)水灌溉方式，是目前世界上農(nóng)業(yè)節(jié)水最普及的一項灌溉技術(shù)。由于管道系統(tǒng)工作壓力一般較低，故稱低壓管道輸水灌溉，簡稱管道灌溉。由機泵、地下輸水管道和出水栓(給水栓)一般是固定的，而地面可接移動式軟管，灌水時通過埋設(shè)于地下的固定管道將水輸送到控制一定灌溉面積的出水栓，再由出水栓或移動軟管送入溝、畦進(jìn)行灌溉，是目前節(jié)水灌溉的主要形式。管道設(shè)計包括:(1)設(shè)計參數(shù)確定、(2)系統(tǒng)工作制度確定(3)管網(wǎng)設(shè)計(4)管道設(shè)計(6)管網(wǎng)配套設(shè)施確定(6)管道施工。

1.1 工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1)灌溉設(shè)計保證率

根據(jù)水文氣象、水土資源、作物組成、灌區(qū)規(guī)模、灌水方法及經(jīng)濟效益等因素確定，陜西省關(guān)中地區(qū)取不低于75%。

2)灌溉水利系數(shù)

低壓暗管輸水灌溉工程的灌溉水有效利用系數(shù)不小于0.85，管道水利用系數(shù)設(shè)計值取0.97，田間水利用系數(shù)設(shè)計值取 0.90。

3)其他有關(guān)技術(shù)參數(shù)

土壤計劃濕潤層厚度:計劃濕潤層深度大田作物取0.5 m;設(shè)計日工作小時數(shù)不大于20小時。

1.2 管道灌溉工程設(shè)計

管道灌溉是以管道輸水進(jìn)行地面灌溉的一種節(jié)水灌溉方式，由于管道系統(tǒng)工作壓力一般較低，故稱低壓管道輸水灌溉，簡稱管道灌溉。由機泵、地下輸水管道和出水栓(給水栓)一般是固定的，而地面可接移動式軟管，灌水時通過埋設(shè)于地下的固定管道將水輸送到控制一定灌溉面積的出水栓，再由出水栓或移動軟管送入溝、畦進(jìn)行灌溉，是目前節(jié)水灌溉的主要形式。

1.2.1 設(shè)計參數(shù)的確定

1)基本參數(shù)

根據(jù)灌溉區(qū)種植作物的灌溉經(jīng)驗，基本參數(shù)確定如下:設(shè)計濕潤層深度:h=60cm;作物日耗水強度:Ea=9.0mm/d(以玉米為主);灌溉水利用系數(shù):η=0.90;設(shè)計每日灌水時間:t=16h。

2)設(shè)計灌水定額

設(shè)計灌水定額計算公式:

m=1000γhβ 田(β1－β2)/η

式中:m:設(shè)計灌水定額，mm或m3/畝;γ:土壤容重，γ=1.35 g/cm3;h:計劃濕潤層深度，h=60 cm;β1，β2:適宜土壤含水量上、下限，β1=95%β田，β2=60%β田，η:灌溉水利用系數(shù)，取0.90。

經(jīng)計算:m=73.71 mm 折合 49.16 m3/畝

3)設(shè)計灌水周期

設(shè)計灌水周期:T=mη/Ea

式中:T:設(shè)計灌水周期，d;Ea:作物耗水期的日平均耗水量，mm/d;m，η:同前。則灌水周期 T=7.37(d)，取 T=7d。

4)灌溉設(shè)計流量

以廣濟鎮(zhèn)南鎮(zhèn)村為例，灌溉設(shè)計流量按下式計算:

Q設(shè)=0.667 mA/(ηTt)

式中:Q設(shè):管灌系統(tǒng)灌溉設(shè)計流量，m3/h;A:系統(tǒng)設(shè)計總面積，500 畝;t:每天灌溉時間，取 20h;T，η，m:同前。

經(jīng)計算:灌溉設(shè)計流量Q設(shè)為195.1 m3/h。

5)系統(tǒng)工作制度

為了降低工程投資，提高管道利用率，系統(tǒng)采用輪灌制度。出水栓設(shè)計出水量50 m3/h，每次灌溉時，4個出水栓同時工作。

1.3 管網(wǎng)設(shè)計

1.3.1 管網(wǎng)設(shè)計布置原則

充分利用原有的灌溉設(shè)備，合理布局，統(tǒng)一管理;管網(wǎng)布置應(yīng)與道路規(guī)劃結(jié)合，主干、支管沿道路布置;依據(jù)地形、地塊、道路等情況布置管道系統(tǒng)，要求管道系統(tǒng)線路最短，控制面積最大，便于機耕，管道盡可能雙向分水;總體布置要使系統(tǒng)運行可靠、經(jīng)濟、合理，使投資盡可能小。考慮節(jié)水灌溉技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展、作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和灌溉方式的變化。

管道布設(shè)采用樹狀管網(wǎng)，出水栓間距50米左右。實際施工時，可根據(jù)地塊實際長度適當(dāng)調(diào)整。管道級數(shù)采用干管(輸水)，支管(配水)兩級固定管道，支管走向基本平行于作物種植行，支管間距100～150 m。管道連接采用熱承插涂粘合劑法，井部接近管道進(jìn)口處設(shè)進(jìn)排氣閥，各級管道進(jìn)口設(shè)置安全控制閥，在離水源較遠(yuǎn)的出水栓末端設(shè)置排水井。

(1)管路附件管道中的三通、彎頭等附件應(yīng)選用與管材相配套的管件，出水栓為標(biāo)準(zhǔn)鑄鋼定型件。

(2)出水栓保護(hù)設(shè)施

出水栓護(hù)樁為現(xiàn)澆砼件配套消力池為預(yù)制混凝土構(gòu)件。

(3)管溝開挖以不影響地面耕作，根據(jù)凍土層厚度為依據(jù)，管溝深100 cm，寬60 cm左右。

1.3.2 管道系統(tǒng)設(shè)計

1)管材及管件選擇。管材是低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響到灌溉工程的質(zhì)量和造價，因此，根據(jù)質(zhì)量保證、經(jīng)濟耐用、便于運輸和施工安裝等條件，干管、支管采用硬質(zhì)UPVC塑料管，設(shè)計工作壓力1.0Mpa。其它各種管件則采用塑料廠家相應(yīng)的定型配套產(chǎn)品。

2)干管、支管管徑設(shè)計。干、支管管徑采用經(jīng)濟流速法計算:

式中:D:干、支管管徑，mm;Q:設(shè)計單井出水量，m3/h;v:UPVC 塑料管經(jīng)濟流速，一般為1 －1.5 m/s，計算取1.5 m/s。

經(jīng)計算，主干管取管徑Φ160 mm的UPVC塑料管;支管取管徑Φ110 mm的UPVC塑料管。

1.3.3 管網(wǎng)水力計算

1)沿程水頭損失，按下式計算:

式中:hf—沿程水頭損失，m;f為管材磨阻系數(shù);Q為管內(nèi)流量，m3/h;L為管長，m;D為管道內(nèi)徑，mm;M為流量指數(shù);B為管徑指數(shù);

2)局部水頭損失，按下式計算:

式中:hj為局部水頭損失，m;Ζ為局部損失系數(shù);V為管內(nèi)流速，m/s;G為重力加速度;

3)管網(wǎng)總水頭損失，按下式計算:

式中:h總為管網(wǎng)總水頭損失，m;Hf為沿程水頭損失，m;Hj為局部水頭損失，m;

一般硬UPVC管的f、m、b值詳見下表1。

表1 硬UPVC管的f、m、b數(shù)值

項目區(qū)各管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計流量Q已定，干支管均為同一管材，型號和規(guī)格亦相同，代入上式，計算管網(wǎng)總水頭損失。

表2 最不利管網(wǎng)水力計算表

根據(jù)以上管道水力計算結(jié)果，以最不利點支管末端所需作用水頭24.07 m和地形落差作為水泵供水凈揚程，確定水泵型號。

1.3.4 管網(wǎng)配套設(shè)施

(1)閥井。設(shè)計在各控制閥處設(shè)閥門井，支管和分干管末梢設(shè)泄水閥。閘閥井、排水井采用圓形收口式磚砌結(jié)構(gòu)，24墻，口徑600 mm，閘閥井深1.2 m，排水井深2m，底部直徑1 m，井底干鋪一層磚，井蓋為D65鑄鐵井蓋。

(2)管道鎮(zhèn)墩、給水栓鎮(zhèn)墩。為了防止水流方向和溫度變形等原因產(chǎn)生的推拉力，在管道轉(zhuǎn)彎、三通、閘閥處設(shè)0.50×0.50×0.50 m鎮(zhèn)墩，砼標(biāo)號為C20。在支管豎管處設(shè)置給水栓鎮(zhèn)墩。給水栓鎮(zhèn)墩采用C20混凝土現(xiàn)澆，在管道管件、給水栓安裝完畢后，經(jīng)打壓試驗無漏水現(xiàn)象，再安裝模板、澆注。

1.4 管道施工

1.4.1 施工準(zhǔn)備

(1)依據(jù)設(shè)計要求，考察、抽檢選定材料的物理力學(xué)性能指標(biāo)及合格率，確定供貨方，然后組織材料運輸和儲存。

(2)清理施工現(xiàn)場，檢查備料情況。組織施工人員，熟悉設(shè)計內(nèi)容，作出分片施工配合、協(xié)調(diào)計劃。

1.4.2 放線及開挖管溝

(1)按設(shè)計中的放線基線，確定出干、支管位置，加打木樁并用白灰畫出管道中線。

(2)分組開挖管溝，管溝沿白灰畫出的管道中線，開挖成下口寬0.4 m、深0.8 m、上口寬不小于0.6 m的梯形槽。挖土對方于管溝一側(cè)，距管溝邊不小于0.3 m。

(3)修整管溝時，按設(shè)計坡降，整平管溝側(cè)、底。超挖或回填部分，必須夯實填平。干管管溝可順地勢自然坡降挖槽，支管管溝必須按設(shè)計坡降開挖，以便管內(nèi)積水、積砂的排除。

(4)管溝平整并檢查合格后，方可敷設(shè)管道。

1.4.3 管道安裝

(1)按管道編號，將干、支管順管溝未堆土的一側(cè)一字排開，管材插口置于上游，稱插口置于下游，并按標(biāo)定的地點擺放三通、彎頭、閘閥等管件。

(2)組織安裝人員進(jìn)行由供貨方或廠方技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)的短期安裝培訓(xùn)后，分組開始全面管道安裝施工。

1.4.4 管道試水

(1)管道敷設(shè)完畢后，在避開接口處每隔10 m左右回填以小土堆固定管道，然后連接好點、泵、管道等系統(tǒng)，試水加壓1小時，若滿足要求，方可進(jìn)行下道工序。

(2)若發(fā)現(xiàn)連接處漏水，宜鋸開結(jié)頭重新安裝。

1.4.5 建筑物修建及管溝回填

(1)管網(wǎng)試水結(jié)束后，開始修建閘閥井、給水樁、泄水井(樁)。

(2)在修建建筑物同時，可同時回填管溝。管溝回填應(yīng)分層進(jìn)行，每層填土厚不宜超過15cm，并逐層夯實。以上施工管理嚴(yán)格按照《低壓管道輸水工程技術(shù)規(guī)范》(井灌部分)SL/T153—95有關(guān)章節(jié)執(zhí)行。

2 結(jié)語

在農(nóng)發(fā)中灌項目農(nóng)田管網(wǎng)的設(shè)計及施工中，既要立足于社會主義新農(nóng)村建設(shè)和全面建設(shè)小康社會的要求，又要充分結(jié)合當(dāng)?shù)靥飰K實際，現(xiàn)場踏勘，農(nóng)田管網(wǎng)配套設(shè)計及施工，堅持用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)施來改造農(nóng)田水利工程，以節(jié)水增效為中心，減少水資源浪費，增加有效供水能力為重點，以防滲襯砌、提高輸水能力和輸水安全為主要措施，不斷提高灌溉水利用效率和效益，促進(jìn)節(jié)約用水和水資源可持續(xù)利用，提高灌溉保證率，為灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)。灌溉輸水管道化基本實現(xiàn)合理控制輸配水、減少耕地占用、降低灌溉用時的目的，且效益高、適用性強，是農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的主要措施。

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1004－1184(2013)05－0140－04

2013-06-25

李維(1985-)，男，陜西咸陽人，助理工程師，主要從事地下水管理和保護(hù)工作。