農(nóng)六師軍戶農(nóng)場(chǎng)節(jié)水滴灌設(shè)計(jì)探析

白潔娜

(五家渠農(nóng)六師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300)

1 前言

農(nóng)六師軍戶農(nóng)場(chǎng)位于新疆昌吉回族自治州昌吉市境內(nèi)，地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣，天山北麓三屯河出山口西側(cè)沖積扇頂部，地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬于典型的大陸性氣候。軍戶農(nóng)場(chǎng)處于昌吉市三屯河上游，地表水灌溉主要來(lái)自該河流，分水比例16.17%。農(nóng)場(chǎng)主要種植作物有玉米、番茄、葡萄、蔬菜等，隨著近幾年農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、人畜用水量和工業(yè)用水量增加，農(nóng)場(chǎng)年用水量日趨緊張。

規(guī)劃確定將軍戶農(nóng)場(chǎng)地下水豐富的北面地區(qū)為井灌區(qū)，通過(guò)打機(jī)井合理開(kāi)采地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，一方面解決農(nóng)場(chǎng)現(xiàn)有作物農(nóng)業(yè)灌溉缺水狀態(tài)，另一方面可調(diào)配三屯河余水量至下游團(tuán)場(chǎng)，進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉和工業(yè)生產(chǎn)，提高地表水和地下水利用率的同時(shí)，增加作物產(chǎn)量，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288-99)，在干旱地區(qū)以旱作為主的地面灌溉，保證率取P=75%;滴灌保證率取P=95%。

本項(xiàng)目實(shí)施節(jié)水滴灌3.13萬(wàn)畝，規(guī)劃建設(shè)48個(gè)滴灌系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)灌溉水源現(xiàn)狀，對(duì)本次節(jié)水滴灌系統(tǒng)水源進(jìn)行方案選擇。

2 滴灌設(shè)計(jì)方案

2.1 水源比選

2.1.1 渠水水源現(xiàn)狀

軍戶農(nóng)場(chǎng)地表水主要來(lái)自三屯河河水，項(xiàng)目區(qū)地表水灌溉主要依靠現(xiàn)有軍戶干渠引三屯河水，再由支、斗、農(nóng)等渠系輸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉。根據(jù)軍戶農(nóng)場(chǎng)提供資料:軍戶干渠全長(zhǎng)17.6km，設(shè)計(jì)流量6.21～1.27m3/s，支渠包括軍戶三支渠、軍戶四支渠、軍戶五支渠和軍戶六支渠，設(shè)計(jì)流量0.8～0.2m3/s。根據(jù)軍戶農(nóng)場(chǎng)近幾年在項(xiàng)目區(qū)實(shí)施的滴灌工程經(jīng)驗(yàn)，渠道水含砂量很大，經(jīng)過(guò)沉沙池、配套過(guò)濾器等措施后水質(zhì)仍不能滿足滴灌系統(tǒng)灌溉要求原有渠水滴灌，目前正逐步改為井水滴灌系統(tǒng)運(yùn)行。

2.1.2 井水水源現(xiàn)狀

本次工程水源的井水主要為附近機(jī)井抽取地下水后引入附近斗渠，根據(jù)團(tuán)場(chǎng)提供資料，目前項(xiàng)目區(qū)機(jī)井出水量在140～160m3/h，地下動(dòng)水位130～180m。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀水源情況，本次滴灌工程將把地下水比較豐富的軍戶干渠控灌區(qū)5.78萬(wàn)畝耕地改為井灌區(qū)，并將多余地表水調(diào)往下游地區(qū)使用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)地表水的合理調(diào)配。

2.2 灌溉方式比選

目前我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉方式主要采取常規(guī)地面灌、噴灌、滴灌，針對(duì)本項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，首部水源均為井水灌溉，采用以上兩種方式進(jìn)行灌溉方式的比較。見(jiàn)表1。

表1 灌溉方式比選

通過(guò)對(duì)各種相關(guān)因子的比較，從節(jié)水效果、節(jié)能效果、灌溉質(zhì)量的好壞等綜合比較，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)種植的玉米作物特點(diǎn)，確定項(xiàng)目區(qū)采用滴灌的灌溉方式。

2.3 單個(gè)系統(tǒng)控灌面積比選

本次節(jié)水滴灌項(xiàng)目區(qū)3.13萬(wàn)畝均位于井灌區(qū)，系統(tǒng)首部水源全部采用井水匯流的方式，單個(gè)機(jī)井流量為140m2/h，從滴灌系統(tǒng)運(yùn)行安全，便于管理，節(jié)約投資等角度出發(fā)本次系統(tǒng)控灌面積規(guī)劃比選兩種方案:即單個(gè)系統(tǒng)控灌約1500畝的系統(tǒng)和單個(gè)系統(tǒng)控灌約7000畝的系統(tǒng)。

方案一:單個(gè)系統(tǒng)控制面積約1500畝的小系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)安全性好，水源保證率高，且機(jī)井匯流時(shí)輸水管線距離短，水頭損失小，受地形坡差影響較小，易于人員操作管理，但一次性投資較大，如合理設(shè)置首部位置可以減少部分投資。

方案二:單個(gè)系統(tǒng)控灌約7000畝的大系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)安全可靠性差，水源保證率比方案一低，遇到水泵出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)導(dǎo)致大面積農(nóng)田無(wú)法灌溉，且機(jī)井輸水管線較長(zhǎng)，尤其遇到逆坡輸水時(shí)配套機(jī)井水泵需要比方案一配套水泵揚(yáng)程高，耗能大，但是建大系統(tǒng)減少了系統(tǒng)首部和管理人員，一次性投資比方案一少。

根據(jù)以上比選，參考團(tuán)場(chǎng)目前項(xiàng)目區(qū)已有滴灌現(xiàn)狀灌溉面積，本次推薦選擇方案一，單個(gè)系統(tǒng)控制面積約1500畝的小系統(tǒng)。

2.4 系統(tǒng)布置比選

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)風(fēng)速、日照等自然概況及當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的播種方向，本次滴灌溉系統(tǒng)干管東西向布設(shè)，分干管南北方向布設(shè)。地埋部分管道(主干管、分干管)均采用0.4Mpa的UPVC管，滴灌系統(tǒng)地面部分管道(支管)采用0.25Mpa的PE管。

本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案比選只進(jìn)行輪灌方式的比選，即對(duì)支管輪灌和輔管輪灌進(jìn)行方案比選。見(jiàn)表2。

方案一:支管輪灌，即將毛管直接接在支管上，支管+毛管作為一個(gè)灌水小區(qū)。

方案二:輔管輪灌，即將滴灌帶先接在輔管上，然后將輔管與支管連接，輔管+毛管作為一個(gè)灌水小區(qū)。

表2 系統(tǒng)布置方式比選表

經(jīng)過(guò)對(duì)比論證，方案一具有管理方便的優(yōu)點(diǎn)，但也存在管道價(jià)格偏高，灌水均勻度不高的缺點(diǎn)。方案二具有管道價(jià)格低，灌水均勻度好的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著管理不便，配件多，安裝維修麻煩的缺點(diǎn)。

考慮到今后節(jié)水灌溉采用自動(dòng)控制的大方向，采用輔管輪灌的形式不利于系統(tǒng)自動(dòng)控制，所以本次設(shè)計(jì)采用支管輪灌的方式進(jìn)行灌溉。

2.5 系統(tǒng)壓力裝置比選

根據(jù)滴灌系統(tǒng)布置方式為支管+毛管的形式，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)裝置可采用毛管入口處安裝紊流三通和支管出地管處安裝調(diào)壓閥兩種形式。

壓力調(diào)節(jié)閥有多種型號(hào)和規(guī)格，可用于不同壓力范圍，在使用范圍內(nèi)，無(wú)論輸入壓力如何變化都能保證輸出壓力均衡，一般可調(diào)范圍在5～25m。

穩(wěn)流三通為聚乙烯PE管材，調(diào)節(jié)壓力范圍在8～35m，水頭偏差20%，小巧、輕便，目前多用于農(nóng)田節(jié)水滴灌系統(tǒng)。

根據(jù)項(xiàng)目滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，及項(xiàng)目區(qū)未來(lái)滴灌自動(dòng)化發(fā)展需要，本次設(shè)計(jì)調(diào)壓方式采用支管出地管處安裝調(diào)壓閥的形式。

3 滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目實(shí)施節(jié)水滴灌面積3.13萬(wàn)畝，以井灌區(qū)25#滴灌系統(tǒng)為例做工程設(shè)計(jì)。根據(jù)各種作物灌溉定額，本次選取與平均灌水定額最接近，且大于平均灌水定額的玉米作為典型設(shè)計(jì)的作物類型。滴灌項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 滴灌項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.1 系統(tǒng)布置

3.1.1 系統(tǒng)工程布置

本系統(tǒng)工程包括水源工程、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、灌水器。水源為井水，首部樞紐包括過(guò)濾裝置、施肥裝置，根據(jù)軍戶農(nóng)場(chǎng)地下水水質(zhì)情況，該項(xiàng)目滴灌系統(tǒng)過(guò)濾裝置采用離心+網(wǎng)式過(guò)濾器，機(jī)井水通過(guò)輸水管道直接輸入?yún)R流池。施肥灌的作用是使易溶于水的肥料農(nóng)藥等充分溶解，再通過(guò)管道輸送到作物根部，便于作物吸收，充分發(fā)揮肥效。

3.1.2 水源工程

本滴灌系統(tǒng)水源為井水。

3.1.3 首部樞紐

首部樞紐主要包括離心泵、過(guò)濾器(離心+網(wǎng)式)、施肥罐，裝有壓力表、空氣閥、蝶閥、水表等量測(cè)、安全保護(hù)和控制設(shè)備。

3.1.4 輸配水管網(wǎng)

本工程管網(wǎng)系統(tǒng)沿水流方向由主干管、分干管、支管、毛管四級(jí)管道組成。毛管、支管、分干管、主干管依次相互垂直;主干管、分干管采用PVC管，公稱壓力 0.4MPa，管頂覆土厚度為1.5m，支管、毛管采用PE管，均鋪設(shè)于地面。毛管選用單翼迷宮式滴灌帶，根據(jù)土壤質(zhì)地、玉米的生長(zhǎng)特性及團(tuán)場(chǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選用兩管一行，滴灌帶間距0.8m。

3.2 系統(tǒng)工作制度設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)共有3條分干管，其中一號(hào)分干管上有22條支管，二號(hào)分干管上有20條支管，三號(hào)分干管上有7條支管，每條支管上布設(shè)87～92條毛管。為了盡量降低系統(tǒng)造價(jià)并保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，確定系統(tǒng)采取以下方法進(jìn)行:輪灌時(shí)每次打開(kāi)3條分干管上的1條支管，系統(tǒng)共49條支管，一次開(kāi)啟3條支管，17個(gè)輪灌組，一次灌水延續(xù)時(shí)間為3.91h，5.6 天可全部灌完。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)節(jié)水灌溉工程建設(shè)緩解了項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)季節(jié)性缺水問(wèn)題，灌區(qū)年總水量供需平衡達(dá)到平衡，使灌區(qū)的灌溉保證率得到提高，并可改善平原區(qū)的林草植被的灌溉條件，提高了水資源的利用水平。

［1］葉祥年，董平國(guó)，馬牡蘭.滴灌節(jié)水技術(shù)在城鎮(zhèn)園林綠化應(yīng)用中的效應(yīng)［J］.甘肅水利水電技術(shù)，2009(12):33-35.

［2］趙亮，楊建東，石衛(wèi)兵，劉德祥.白蓮河抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)組低揚(yáng)程下水泵工況抽水?dāng)嚯娝^(guò)渡過(guò)程研究［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2009(03):12-15.

［3］彭瑋，張小康，楊建東，鮑海艷.官地水電站尾水系統(tǒng)體型優(yōu)化研究［J］.水電與新能源，2011(02):27-30.

［4］胡文進(jìn)，張建，蘇遠(yuǎn)波.月牙肋岔管水流數(shù)值模擬研究［J］.人民長(zhǎng)江，2008(15):38-41.