薛進杰
(山西省汾河水庫管理局,山西 太原 030006)
汾西灌區(qū)位于山西省中南部、汾河下游,縱貫臨汾市洪洞、堯都、襄汾3縣(區(qū))的汾河西側,包括23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、391個自然村,人口58萬。是一座自流與提灌相結合的大型灌區(qū),灌溉面積3.33萬hm2。灌區(qū)呈長條形,南北長約120 km,地面平均坡度1/3000~1/4000;東西寬 5~15 km,地面平均坡度 1/50~1/100。灌區(qū)地勢西高東低,北高南低,地面高程在400~620m之間。灌區(qū)共有水源3處,干渠9條;支、斗、農(nóng)渠2100條;各級渠系建筑物16694件;中小型水庫7座;電灌站62座,小水電站1座。
目前,灌區(qū)主要存在以下問題:第一,渠道防滲率低、滲漏嚴重。灌區(qū)各干渠總長236.02 km,防滲長度122.33 km,防滲率僅52%,除防滲配套完畢的躍進渠外,其余干渠有的是土渠,已襯砌段出現(xiàn)不同程度的破壞,特別是灌區(qū)輸水骨干渠道七一渠,渠道襯砌破壞嚴重,支、斗、農(nóng)基本為土渠。第二,渠系建筑物配套率低,老化失修嚴重。七一渠雖進行過配套,但大部分老化損壞,且不能正常運行,支、斗、農(nóng)渠基本上無建筑物,跑水漏水相當嚴重,任意開口灌溉現(xiàn)象十分普遍。第三,田面工程達不到規(guī)范要求,水資源浪費現(xiàn)象嚴重。根據(jù)節(jié)水規(guī)范要求,大型灌區(qū)田間水利用系數(shù)不低于0.9,灌溉水利用系數(shù)不低于0.5,畦長不大于75m,畦寬不大于3m,而汾西灌區(qū)田間水利用系數(shù)僅0.75(含農(nóng)渠),畦長多為100~200m,地塊平整度達不到規(guī)范要求,灌水定額一般為1500~2250m3/hm2,最多達3000m3/hm2,水資源浪費現(xiàn)象十分嚴重,上下游用水矛盾突出。
為保證灌區(qū)內(nèi)規(guī)劃后達到46840 hm2的農(nóng)田灌溉要求,保證城市生活用水及工業(yè)用水,必須對其骨干工程進行續(xù)建配套,對其田面工程進行節(jié)水改造。
汾西灌區(qū)是1958年在龍子祠和通利渠兩個灌區(qū)基礎上發(fā)展起來的大型灌區(qū),多年來均采用畦灌,畦塊、渠系布置已形成一定規(guī)模。灌區(qū)內(nèi)地勢平坦,主要種植小麥、玉米、棉花等經(jīng)濟作物,水源為龍子祠泉、郭莊泉及汾河來水,均為地表水,規(guī)劃以投資少、節(jié)水效果好、管理費用低、工程簡單的“U”型渠防滲配套為主,適當發(fā)展小畦灌、管灌和噴灌。
規(guī)劃畦灌區(qū)節(jié)水技術為斗、農(nóng)渠全部采用150號現(xiàn)澆混凝土“U”型渠防滲并配套渠系建筑物。根據(jù)灌區(qū)土壤、渠系布置等特點,斗、農(nóng)渠均進行防滲配套時,灌溉水利用系數(shù)為0.7;斗渠進行防滲配套、農(nóng)渠為土渠時,灌溉水利用系數(shù)為0.65。
規(guī)劃管灌區(qū)地形復雜,高差大,且位于七一輸水干渠渠首,可利用其自然高差實施低壓管灌。
規(guī)劃噴灌區(qū)內(nèi)地少人多,農(nóng)民較富裕,主要種植蔬菜、藥材等低桿小畦作物,規(guī)劃采用固定式噴灌。
3.1.1 典型畦灌片選擇
汾西灌區(qū)自流面積18493.3 hm2,位于七一渠、躍進渠及七一水庫下游灌區(qū),該灌區(qū)地勢較平坦,主要種植小麥、棉花、大秋等作物,規(guī)劃擬以小畦灌為主,選用七一渠新莊村為典型片。
七一渠新莊村節(jié)水典型片選在洪洞縣龍馬鄉(xiāng)新莊村附近,為七一渠干二十斗、干二十一斗、七支渠的控制面積,分水樁號分別為31+173,32+260,33+540,灌溉面積依次為 147.3 hm2,138 hm2,734.7 hm2,典型片規(guī)劃面積1020 hm2。
3.1.2 流量設計
節(jié)水典型片為一般灌區(qū),在設計灌溉保證率為75%時,年灌溉天數(shù)203 d。七一渠對下屬各支、干斗渠道均為分組輪灌,干二十斗設計流量120 L/s,干二十一斗設計流量120 L/s,七支渠設計流量650 L/s。
根據(jù)典型片地形情況,干斗渠基本垂直等高線布置,干斗渠上設農(nóng)渠,農(nóng)渠基本沿等高線布置,間距400m,農(nóng)渠以下設毛渠,毛渠直接入畦灌溉。七支渠基本垂直等高線布置,支渠以下設支農(nóng)或斗渠,斗渠以下設農(nóng)、毛渠及輸水溝,輸水溝輸水入畦。
支或干斗渠以下渠道均為分組輪灌,斗渠間距500m,控制面積 45~120 hm2,設計流量 160~400 L/s,農(nóng)(支農(nóng))渠控制面積 13~40 hm2,設計流量 30~190 L/s。
3.1.3 渠道防滲配套技術
斗農(nóng)渠均采用150號現(xiàn)澆混凝土“U”型渠防滲,干斗、斗渠共8條,設計總長10500m,設計縱坡1/200~1/300,襯砌厚度 7 cm,襯砌超高 10~15 cm,“U”型渠直徑40~80 cm,襯砌高45~80 cm;農(nóng)及支農(nóng)渠共50條,總長 27480m,設計縱坡 1/200~1/500,襯砌厚度 6 cm,襯砌超高 10~15 cm,“U”型渠直徑 30~80 cm,襯砌高40~70 cm。斗農(nóng)渠共配套建筑物1040座,其中分水口416座,車橋266座,節(jié)制閘205座,跌水95座,量水槽58座。
3.1.4 土地平整及畦面要求
平整土地以使水量分布均勻和不沖刷土壤為原則,畦塊應根據(jù)地形條件變化,沿畦塊長邊的方向有一定坡度,依據(jù)土壤透水性強弱,畦面坡度控制在0.001~0.003,畦長控制在 50~70m,畦寬長 2.5~3m,以畦塊為單元平整土地,避免大挖大填,減小工程量。
3.1.5 林路規(guī)劃
根據(jù)田面渠系布置情況,結合耕作方向,田間路基本沿干斗渠布置,路面凈寬3.0~4.0m,高出兩側地面20~50 cm,采用泥結石路面硬化,田間路兩側植楊樹,間距2.0m,生產(chǎn)路面寬2.0m,沿農(nóng)渠布置。
3.2.1 典型管灌片選擇
七一渠午陽渡槽(12+870)以上灌區(qū)地形復雜且高差大,當?shù)厝罕婋S意開口放水,渠道跑水嚴重,宜發(fā)展低壓自流管灌,管灌面積300 hm2;躍進渠中陳片當?shù)厝罕妼?jié)水灌溉有迫切要求,已自籌資金實施了部分管灌,該處適宜擴建管灌200 hm2,管灌總面積500 hm2。選擇七一渠南石明村附近為典型片。
南石明節(jié)水典型片為七一渠十干斗,位于洪洞縣堤村鄉(xiāng)南石明村西,自七一渠11+769處引水,渠底高509.91m,七一渠在該段設計流量為23~28m3/s,水深2.15~2.68m,設計按最不利情況考慮,水深取0.8m,相應水位510.71m。
3.2.2 流量設計、管系布置及管徑擬定
管灌灌區(qū)屬一般灌區(qū),凈灌水定額750m3/hm2,按節(jié)水規(guī)劃要求,管灌水利用系數(shù)取0.95,田間水利用系數(shù)取0.9,灌水周期8 d,設計流量55 L/s。為便于管理,結合給水栓出水流量,斗管設計流量選用60 L/s。
節(jié)水典型片內(nèi)地勢西高東低,斗管基本垂直等高線向東延伸,全長970m,農(nóng)管基本垂直斗管布置,間距60~70m,共設農(nóng)管16條。農(nóng)管單向澆地隔50m左右設給水栓1個,雙向澆地隔100m左右設給水栓1個,給水栓出水流量15 L/s,每次工作的給水栓數(shù)為4個,給水栓將水注入毛渠后進入畦塊。
斗、農(nóng)管均采用價格經(jīng)濟、便于施工的PVC管,為防止管道凍脹破壞,管道均埋入地面以下0.8m,回填土均要求分層夯實。各級管徑為:斗管0+000—0+250管徑300 mm,0+250—0+970管徑250 mm;一至四農(nóng)管徑250 mm,五至十六農(nóng)管徑200 mm。
3.3.1 典型噴灌片選擇
七一渠樁80+000附近,即南辛店鄉(xiāng)以北地下水資源較為豐富,地下水埋深40m左右,目前有水井約50眼,單井出水流量50~70m3/h,主要種植蔬菜、藥材等經(jīng)濟作物,宜發(fā)展固定式加壓噴灌,面積666.7 hm2,選擇七一渠北許村附近為典型片。
3.3.2 噴灌技術參數(shù)
節(jié)水典型片設計灌溉定額40 mm,設計耗水強度5 mm/d,灌水周期6.4 d,每臺機組按每天工作20 h計算,設計3號、8號井流量均為15 L/s。根據(jù)該地灌溉季節(jié)風向,采用矩形全圓噴灑,噴頭選用PY1-15中壓噴頭,噴嘴直徑7 mm,設計噴頭間距19m,支管間距21m,設計工作壓力250 kPa,設計霧化指標3571,每次工作噴頭數(shù)為18個,每組噴頭工作時間為5.33 h。
3.3.3 管系布置及管路設計
干管為南北方向,均垂直等高線布置,為順坡,支管垂直于干管且與作物種植方向一致,分布于干管兩側,呈“豐”字型,3號井干管1條,長420m,下設支管32條,總長7068m;8號井干管1條,長350m,下設支管28條,總長8854m。
干管采用PVC聚乙烯塑料硬管,管徑100 mm,支管及豎管均采用薄壁鋁管,管徑分別為75 mm,32 mm,按多噴頭支管的沿程水頭損失公式校核,均滿足設計要求。
3.3.4 加壓泵選擇
3號井、8號井相距較近,井深約60m,井口至動水位約45m,噴頭工作壓力取25m(水頭)時,按各級管道總長度的1.5%計算水頭損失約10m,地形高差2.5m,水泵總揚程77.5m,選用200JQ-60-12潛水泵2臺,單泵出水流量60m3/h,配套電機功率22 kW。
3.3.5 管理房
為使井上的配電設備保證安全和管理人員臨時休息,在3號、8號井處各設管理房1間,建筑面積15m2,為磚混結構。
結合灌區(qū)地形地貌、水源特點、土地狀況及經(jīng)濟發(fā)展等實際情況,以節(jié)水增效為中心,考慮大面積改進傳統(tǒng)的地面灌水技術為小畦灌,并在部分地區(qū)推廣應用低壓管灌與噴灌節(jié)水技術。根據(jù)灌溉分區(qū)情況對七一渠的新莊村畦灌片、南石明村管灌片、北許村噴灌片共3個節(jié)水典型片進行了規(guī)劃設計。同時,田面工程對水、田、林、路進行了統(tǒng)一規(guī)劃。