渭南市澗峪水庫(kù)灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)噴灌工程設(shè)計(jì)

許王寧

(渭南市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院,陜西 渭南 714000)

1 工程概況

澗峪水庫(kù)灌區(qū)地處渭南市華州區(qū)高塘鎮(zhèn),南北長(zhǎng)約13 km,東西寬1.0～7.0 km,耕地面積6.93萬(wàn)畝,設(shè)施灌溉面積5.24萬(wàn)畝。

1.1 水源

灌區(qū)水源為澗峪水庫(kù)水。壩址以上流域多年平均徑流量由西澗峪自身徑流量2 485萬(wàn) m3及東澗峪外調(diào)水量1 558萬(wàn) m3組成,水庫(kù)設(shè)計(jì)城區(qū)年供水量1 300萬(wàn) m3(供水保證率不低于90%),水庫(kù)灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉保證率不低于75%,年灌溉供水量955萬(wàn) m3。水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)為Ⅱ類水質(zhì),滿足噴灌水質(zhì)要求。

1.2 地形地貌及土壤

灌區(qū)地貌為秦嶺北麓山前洪積扇及黃土臺(tái)塬區(qū),地形南高北低,海拔高程714.0～403.0 m,高差311 m,南北長(zhǎng)約13 km,東西寬7.0～1.0 km,東西向地形較為平坦。灌區(qū)地表為黃土狀壤土和洪積壤土覆蓋。因此灌區(qū)地形高差大,利于重力輸水,土地集中連片,晝夜溫差大,光熱資源充沛,具備實(shí)施高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)。

1.3 高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)概況

通過(guò)大力實(shí)施農(nóng)田水利建設(shè)、田間道路、提升土壤肥力、農(nóng)技推廣等綜合措施,實(shí)現(xiàn)“田地平整肥沃、水利設(shè)施配套、田間道路暢通、科技集成適用、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效”的總體目標(biāo)。結(jié)合灌區(qū)渠系布置,高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)示范區(qū)分布為7個(gè)獨(dú)立片區(qū),建設(shè)規(guī)模2萬(wàn)畝。

2 噴灌工程設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目區(qū)概況

本文選擇具有代表性的地塊江村進(jìn)行噴灌典型設(shè)計(jì),采用“低壓暗管輸水+田間噴灌”的節(jié)水灌溉技術(shù),實(shí)施固定式噴灌面積245 畝,種植冬小麥和夏玉米。

2.1.1 地形

江村位于澗峪河的東邊,地塊呈窄長(zhǎng)形。南北長(zhǎng)550 m,東西寬約350 m。地形高程在550.00～545.00 m之間,相對(duì)高差不足5 m。

2.1.2 土壤

項(xiàng)目區(qū)土壤為壤土,土壤肥沃,土層厚約1 m,酸堿適中,土壤容重1.45 g/cm3,田間持水量22.0%,滲透水條件一般,允許噴灌強(qiáng)度12 mm/h。

2.1.3 水力計(jì)算

根據(jù)示范區(qū)的灌溉輪灌制度,確定各級(jí)管道設(shè)計(jì)流量及管徑,并對(duì)江村最不利管段進(jìn)行水力復(fù)核,水壓滿足要求。

2.2 噴灌型式的選擇

噴灌類型包括固定式、半固定式和移動(dòng)式三種。其中固定管道噴灌系統(tǒng)中主管、支管均埋置于地下,豎桿立于地上;半固定管道噴灌系統(tǒng)中主管埋于地下,支管、豎桿在地面上移動(dòng);移動(dòng)式管道噴灌系統(tǒng)中主管、支管?chē)婎^均位于地面,灌溉時(shí)來(lái)回移動(dòng)。考慮到管理及操作方便,本設(shè)計(jì)選擇固定式噴灌。

2.3 噴頭及其組合型式的選定

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)種植物作物特征及土壤條件,以及各種噴頭的特性和適用范圍,選擇搖臂式PY1-20型噴頭,其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,質(zhì)量穩(wěn)定,在國(guó)內(nèi)使用較為廣泛。噴嘴直徑7.0 mm,流量2.96 m3/h,射程19.0 m,噴頭壓力0.3 MPa,按最不利的垂直于風(fēng)速布置,采用正方形組合形式,噴頭橫向、縱向間距均為18 m。

2.4 管材的選擇

地埋管道按材質(zhì)可分為鋼管、鑄鐵管、塑料管、薄壁鋁合金管、薄壁鍍鋅鋼管及涂塑軟管等。鋼管、鑄鐵管等金屬管能承受動(dòng)荷載和較高的工作壓力,使用壽命長(zhǎng),但投資較高,重量大。塑料管重量輕,便于搬運(yùn),施工容易,能適應(yīng)一定的不均勻沉降,不生銹,水頭損失小;缺點(diǎn)是存在老化脆裂問(wèn)題,但埋在地下可減緩老化。為保證管道使用壽命,同時(shí)考慮投資限制,地埋管道均采用PVC-U管道。

2.5 田間管網(wǎng)布置

2.5.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選定

根據(jù)江村土壤情況等資料以及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范,確定設(shè)計(jì)噴灑強(qiáng)度為12 mm/h,霧化指標(biāo)W=4 286>4 000,管道系統(tǒng)水利用系數(shù)取0.95,田間噴灑水利用系數(shù)等參數(shù)取0.9。

2.5.2 灌溉制度的確定

項(xiàng)目區(qū)種植冬小麥和夏玉米,土壤為壤土,據(jù)此計(jì)算以下參數(shù):

1)設(shè)計(jì)灌水定額

(1)最大凈灌水定額計(jì)算:

m=0.1γ h(β1-β2)θ

(1)

式中:m為凈灌水定額(mm);h為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(m),取0.6 m;γ為土壤干容重(g/cm3),取 1.45 g/cm3;β1為土壤適宜含水量上限,取田間持水量的 90%;β2為土壤適宜含水量下限,取田間持水量的 60%;θ為田間土壤持水量(%),以重量百分率計(jì),取 22%。

將上述公式計(jì)算得到m=57.42 mm

(2)灌溉水利用系數(shù)

η=ηG×ηp

(2)

式中:η為灌溉水利用系數(shù);ηG為管道系統(tǒng)水利用系數(shù),取 0.95;ηp為田間噴灑水利用系數(shù),取 0.9。

經(jīng)計(jì)算得η=0.85。

2)灌水周期T

T=mmax/Ia

式中:T為設(shè)計(jì)灌水周期,d;mmax為設(shè)計(jì)最大灌水定額,計(jì)算值為57.42 mm;Ia為作物最大日平均耗水量,糧食作物取 6 mm;計(jì)算灌水周期 T=9.6 d,設(shè)計(jì)灌水周期取 9 d。

3)設(shè)計(jì)凈灌水定額

設(shè)計(jì)凈灌水定額計(jì)算公式為:

md=T×Ea =36 m3/畝

(3)

式中:md為設(shè)計(jì)凈灌水定額(mm)

4)噴頭在一個(gè)位置上的工作時(shí)間

(4)

式中:a、b為噴頭、支管間距,均為18 m;m為設(shè)計(jì)凈灌溉定額,54 mm;qp為噴頭設(shè)計(jì)流量,為2.96 m3/h;ηp為田間噴灑水利用系數(shù),取0.9。

通過(guò)計(jì)算,噴頭在一個(gè)位置上的工作時(shí)間為6.6 h,作物噴灑時(shí)間見(jiàn)表1。

表1 作物噴頭噴灑時(shí)間表

5)噴頭每日工作位置數(shù)

n=t日/t

(5)

式中:n為噴頭每日工作位置數(shù)(次);t日為日噴灌作業(yè)小時(shí)數(shù)(小時(shí)),取21 h;t為噴頭在一個(gè)位置上的工作時(shí)間。

經(jīng)計(jì)算,典型地塊噴頭每日工作位置數(shù)為 3個(gè)。

6)同時(shí)工作噴頭數(shù)

(6)

式中:np為同時(shí)工作的噴頭數(shù);T為設(shè)計(jì)灌水周期9 d,Np為灌區(qū)噴頭總數(shù);根據(jù)項(xiàng)目區(qū)管網(wǎng)布置,江村布置490個(gè)噴頭。

計(jì)算得:同時(shí)工作的噴頭數(shù)為18個(gè)。

7)管網(wǎng)總體布置

根據(jù)地形特點(diǎn)和干管分布情況,管網(wǎng)布置成豐字形,灌溉面積245畝。管道按干管、支管、斗管三級(jí)管道控制,支管沿田間路一側(cè)鋪設(shè),斗管垂直于支管布置,江村布置支管9條,斗管72條。本次噴灌采用全固定式噴灌,每條斗管布置3～12個(gè)噴頭,布置490個(gè)噴頭。

2.5.3 管徑的確定及校核

根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速法確定各級(jí)管道直徑,計(jì)算如下:

(7)

式中:Q為管道流量,m3/h;v為管內(nèi)流速,m/s。

按照支管首末兩個(gè)噴頭之間的沿程損失應(yīng)小于0.2倍噴頭工作壓力的原則校核所選管徑。

2.5.4 管道布置

根據(jù)作物種植方向及地塊形狀田間地塊采用支管和斗管二級(jí)管道,地埋支、斗管均采用PVC-U管材,斗管沿作物種植方向布置,支管垂直于斗管布置。在支斗管連接處設(shè)置閥門(mén),支管末端設(shè)置泄水井。

2.5.5 江村噴灌設(shè)計(jì)成果

根據(jù)地形特點(diǎn)和干管分布情況,管網(wǎng)布置成豐字形。支管沿田間路一側(cè)鋪設(shè),斗管垂直于支管布置,江村布置支管9條長(zhǎng)1 960 m,管徑為DN110;斗管72條長(zhǎng)8 940 m,管徑為DN75。每條斗管布置3～12個(gè)噴頭,共布置490個(gè)噴頭。

3 結(jié)語(yǔ)

澗峪水庫(kù)灌區(qū)水源有保證,水清無(wú)砂、灌區(qū)高差大利于重力輸水、土地集中連片,光熱資源充沛,具有建設(shè)高效節(jié)水灌溉、發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目的獨(dú)特優(yōu)勢(shì);項(xiàng)目區(qū)以優(yōu)質(zhì)無(wú)公害農(nóng)作物基地為中心,著力加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,對(duì)優(yōu)化項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)揮重要作用,規(guī)劃科學(xué)合理,方案可行。

項(xiàng)目區(qū)建成后,灌溉水利用系數(shù)將由現(xiàn)狀的0.54提高到0.85,年節(jié)水量159萬(wàn) m3,不但促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增產(chǎn)增收,同時(shí)可有效減少當(dāng)?shù)厮亮魇?、促進(jìn)水資源可持續(xù)發(fā)展,具有重要的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益。