卞建偉
【摘要】牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村水利節(jié)水灌溉工程采用加壓滴灌,有效地利用了項(xiàng)目區(qū)灌溉地表水和地下水有機(jī)結(jié)合,既降低了工程造價(jià),又使工程在短期內(nèi)發(fā)揮效益。
【關(guān)鍵詞】節(jié)水灌溉;加壓滴灌方案;應(yīng)用與分析
1、工程概況
項(xiàng)目所在地牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村地處天山北簏,準(zhǔn)噶爾盆地南緣,山前沖洪積扇上部,距沙灣縣南部約30km、牛圈子牧場(chǎng)以南10km,項(xiàng)目區(qū)東至三個(gè)泉子村草場(chǎng),南面和夾槽子村接壤,西至三個(gè)泉子村草場(chǎng),北至克孜勒喬克村草場(chǎng),屬寧家河灌區(qū)。
項(xiàng)目區(qū)利用現(xiàn)有主要輸水渠道,結(jié)合主要道路,合理布置滴灌系統(tǒng),以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)化。本次項(xiàng)目區(qū)灌溉面積201.3hm2,通過(guò)加壓滴灌項(xiàng)目的實(shí)施,項(xiàng)目區(qū)灌溉水源得到保證,灌溉保證率提高到90%??蓽p少項(xiàng)目區(qū)地下水開(kāi)采,使項(xiàng)目區(qū)地下水水位有所回升,對(duì)灌區(qū)發(fā)展畜牧業(yè)有得天獨(dú)厚的有利條件。
2、基本資料
2.1 氣象。項(xiàng)目區(qū)位于亞歐大陸腹地,準(zhǔn)噶爾盆地南緣,遠(yuǎn)離海洋,氣候干燥,是典型的中溫帶大陸性干燥氣候特征。其氣候特點(diǎn)是夏季炎熱,冬季嚴(yán)寒,四季分明,降水量較少,蒸發(fā)量大,光照充足,熱量豐富,無(wú)霜期較長(zhǎng),氣溫日差較大。全年太陽(yáng)總輻射量135-137kcal/cm2,平均日照時(shí)數(shù)2800h,日照百分率63%-65%。項(xiàng)目區(qū)多年平均氣溫4.3℃,最高氣溫25℃,最低氣溫-20℃。無(wú)霜期145d,最大凍土深1.6m。多年平均風(fēng)速2.0m/s,主風(fēng)向多為西風(fēng)和西北風(fēng)。
2.2 水文。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀水源為寧家河河水,該河流的多年平均徑流量0.73億m3,年內(nèi)分配不均勻,6-8月徑流量占全年的67.6%,經(jīng)三個(gè)泉子主干渠分水,并通過(guò)三個(gè)泉子主干渠引至項(xiàng)目區(qū),三個(gè)泉子主干渠為項(xiàng)目區(qū)年可供水量為75萬(wàn)m3。
2.3 工程地質(zhì)條件。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)比較平緩,基底構(gòu)造較為復(fù)雜,構(gòu)造軸向與天山主構(gòu)造線一致,呈近東西向延伸,發(fā)育著加里東、華力西、燕山、喜瑪拉雅等多回旋構(gòu)造層。地層為新生界第四系,為不同類型的陸相松散沉積。分布多為礫石層基巖。項(xiàng)目區(qū)地層上部為0.5m-1.5m的壤土,下部為200m-450m厚的卵礫石層,承載力大于200Kpa,能滿足項(xiàng)目建設(shè)建筑物的地基承載要求。
3、工程設(shè)計(jì)
3.1 工程總體布置。牛圈子牧場(chǎng)三個(gè)泉子村水利節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)本著實(shí)事求是、科學(xué)研究、多方論證,盡可能因地制宜地采用先進(jìn)節(jié)水技術(shù)和經(jīng)濟(jì)耐用的建筑材料,盡量做到理論上可行、經(jīng)濟(jì)上節(jié)約。由于項(xiàng)目區(qū)條田、道路已成形,設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮原有布置。項(xiàng)目區(qū)水源主要為地下水,計(jì)劃實(shí)施滴灌工程面積31.40hm2,建設(shè)內(nèi)容為:共修建4套滴灌系統(tǒng),自項(xiàng)目區(qū)引水閘口至田間滴灌管網(wǎng)由干管及分干管輸水,閘閥井54座,排水井45座,滴灌系統(tǒng)首部工程中新建沉砂池4座,配備KQW125/160-22/2水泵1臺(tái),KQW200/320-37/4(Z)水泵1臺(tái),KQW200/345-45/4(Z)水泵1臺(tái),10KV輸電線路1720m,380V低壓線路600m,63KVA變壓器4臺(tái)。
3.2 工程設(shè)計(jì)
3.2.1 灌水器的選擇和布設(shè)。根據(jù)作物種類、種植方式、土壤類型、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、降雨以及新選用的灌水器類型,結(jié)合工程施工、管理、對(duì)農(nóng)田作物的影響及經(jīng)濟(jì)因素等,確定滴灌工程中滴頭和毛管的布置方式。
根據(jù)土壤質(zhì)地、作物需水特性及毛管布置方式,毛管選用WDF16/2.1-100單翼迷宮式滴灌帶,即額定滴頭流量為2.1L/h、滴頭間距0.3m,相應(yīng)的工作水頭為10m。
3.2.2 根據(jù)滴灌帶布置方式、作物種植模式和特點(diǎn)、土質(zhì)情況等情況,經(jīng)分析計(jì)算。玉米、番茄土壤濕潤(rùn)比分別是75%、65.0%。設(shè)計(jì)灌水定額玉米和番茄分別為32.63mm和31.42mm;灌水周期T為5.5(d,)一次灌水延續(xù)時(shí)間t為3(h/組)。
3.2.3 滴灌系統(tǒng)水力計(jì)算。本次設(shè)計(jì)將系統(tǒng)4滴灌系統(tǒng)作為典型工程,詳述其設(shè)計(jì)思路及方法如下。第一,輪灌方式,允許的最大輪灌組數(shù);第二,設(shè)計(jì)流量推算;第三,灌水小區(qū)水力設(shè)計(jì)。
3.2.4 支管管徑的確定與水頭損失的確定。支管管徑選擇計(jì)算;支管進(jìn)口壓力經(jīng)計(jì)算為12.56m;出地管及分干管水力計(jì)算。
根據(jù)前面的計(jì)算分干管流量Q分=70m3/h,采用PVC管,取經(jīng)濟(jì)流速為1.5m/s,采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算分干管的管徑為:d=18.8
選用d=160mm(內(nèi)徑152.6mm)和d=200mm(內(nèi)徑190.8mm)的PVC管。
3.2.5 干管設(shè)計(jì)。干管管徑的選擇;節(jié)點(diǎn)壓力均衡驗(yàn)算:通過(guò)各節(jié)點(diǎn)壓力推算,將管徑作適當(dāng)調(diào)節(jié);設(shè)計(jì)水頭計(jì)算
經(jīng)過(guò)一區(qū)滴灌系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)壓力均衡驗(yàn)算。采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算干管的管徑為d=200mm(內(nèi)徑190.8mm)的PVC管。
3.2.6 水錘壓力驗(yàn)算與防護(hù)。計(jì)入水錘后的管道工作壓力水頭為43.22m,比系統(tǒng)的0.4MPa管道允許壓力水頭的1.5倍(40×1.5=60m)略小,可無(wú)須進(jìn)行管道水錘防護(hù)措施;直接水錘的壓力水頭增加值ΔH。
3.2.7 其它配套設(shè)備。水源為井水,水質(zhì)良好適于農(nóng)田灌溉,所含雜質(zhì)較少,首部選用一組“離心+網(wǎng)式”過(guò)濾器即可,其型號(hào)選擇應(yīng)根據(jù)其過(guò)流量(系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量)確定。首部設(shè)置施肥罐、壓力表、閥門等。
3.2.8 設(shè)計(jì)基本參數(shù)技術(shù)指標(biāo)。土壤類型:砂壤土,土壤容重:r=1.45(g/cm3);田間灌溉水利用系數(shù):η=0.90;作物日耗水強(qiáng)度:E=5.8(mm/d);田間土壤持水率25%;作物設(shè)計(jì)濕潤(rùn)深度:h=50(cm);有效降雨強(qiáng)度:P0=0(mm/d);灌水均勻系數(shù)選用95%。
4、工程方案分析
4.1 所選加壓滴灌既節(jié)水,又提高作物產(chǎn)量。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)平坦,北高南低,適宜種植作物為玉米和番茄,傳統(tǒng)地面灌溉灌水不均勻,水的利用率低。即使采用低壓管道灌溉,只解決了渠道輸水損失,田間灌水不均勻問(wèn)題仍無(wú)法解決。由于灌區(qū)原有機(jī)井,具有加壓條件,修建加壓滴灌比較合理,既節(jié)水,又提高作物產(chǎn)量,也適于作物的種植。
4.2 充分采用加壓滴灌,加快了施工進(jìn)度。采取直接抽取井水加壓滴灌即直接換泵,管道施工不影響灌溉,施工方便、此方案加快了施工進(jìn)度。
4.3 采用加壓滴灌,減少工程投資。采用加壓滴管,投資相對(duì)較小,年運(yùn)行費(fèi)用少,建設(shè)期不影響生產(chǎn)灌溉,工期較短。若采用沉淀池二次加壓滴灌,投資相對(duì)較大,年運(yùn)行費(fèi)用大,建設(shè)期影響生產(chǎn)灌溉,工期較長(zhǎng)。