橫水河灌區(qū)實(shí)施高效節(jié)水灌溉工程探索與實(shí)踐

田金平

(鳳翔縣橫水河灌溉管理處，陜西 鳳翔 721400)

1 灌區(qū)概況及存在問(wèn)題

鳳翔縣橫水河灌區(qū)是全國(guó)千億斤糧食規(guī)劃確定的800個(gè)糧食生產(chǎn)重點(diǎn)縣的重點(diǎn)中型灌區(qū)之一，灌區(qū)位于鳳翔縣城東部，東、西與馮家山抽水灌區(qū)相接，南與東風(fēng)水庫(kù)灌區(qū)為鄰，北至北山南麓，南北寬11.5 km，東西長(zhǎng)18.5 km，是我省開(kāi)發(fā)利用較早的中型自流灌區(qū)。灌區(qū)水源來(lái)自渭河三級(jí)支流橫水河上游的四條支流，水源樞紐工程由白荻溝、群力、桃樹(shù)溝、姚家溝等四座水庫(kù)聯(lián)合組成，總庫(kù)容2355萬(wàn)m3，有效庫(kù)容1077萬(wàn)m3。

灌區(qū)現(xiàn)有設(shè)施面積9.48萬(wàn)畝，有效灌溉面積8.06萬(wàn)畝，是鳳翔縣農(nóng)業(yè)優(yōu)質(zhì)糧經(jīng)作物主要生產(chǎn)區(qū)。橫水河灌區(qū)水利工程自投運(yùn)以來(lái)，對(duì)改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，促進(jìn)灌區(qū)糧油穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用，但灌區(qū)水利工程設(shè)施經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，存在以下突出問(wèn)題：①灌區(qū)原有水利工程老化失修嚴(yán)重，工程完好率只達(dá)到60%，工程整體功能日漸衰減，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。②流域水資源日益匱乏。近年來(lái)灌區(qū)陸續(xù)承擔(dān)向縣城生活供水和沿線工業(yè)供水任務(wù)后，灌區(qū)農(nóng)業(yè)供水總量不斷減少，灌區(qū)水資源供需矛盾日益突出。③農(nóng)業(yè)灌溉效益逐年衰減。近年來(lái)實(shí)灌面積僅占有效面積的40%左右，工程效益得不到正常發(fā)揮，已嚴(yán)重制約了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 實(shí)施高效節(jié)水灌溉項(xiàng)目的可行性

(1)技術(shù)上切實(shí)可行

橫水河灌區(qū)位于鳳翔縣東北部，屬于渭北黃土臺(tái)塬區(qū)，地形西北高，東南低。水源來(lái)自橫水河上游四座水庫(kù)聯(lián)合組成。灌區(qū)主要供水水源海拔高程910 m，灌區(qū)上游高程820 m，灌區(qū)中部區(qū)域平均高程760 m左右。水庫(kù)水源與灌區(qū)頭部分水閘地形高差達(dá)90 m。本次規(guī)劃建設(shè)的高效節(jié)水灌溉工程項(xiàng)目區(qū)位于橫水河灌區(qū)中部四斗～八斗之間，與灌區(qū)上游地形高差也達(dá)60 m左右。經(jīng)初步管道輸水水力計(jì)算，由水庫(kù)采取管道自流重力輸配水可滿足全灌區(qū)壓力要求。由灌區(qū)頭部供水，可滿足灌區(qū)中下游田間灌溉出水壓力要求。本次規(guī)劃高效節(jié)水工程充分考慮到技術(shù)上的可行性及經(jīng)濟(jì)上的合理性，同時(shí)發(fā)揮探索實(shí)踐與示范引領(lǐng)作用，擬采取在灌區(qū)首部分水閘位置設(shè)置高位蓄水池，再由蓄水池向項(xiàng)目區(qū)敷設(shè)輸水管道及田間灌溉管網(wǎng)，采用重力自流輸水，在技術(shù)上是完全可行的。

(2)灌溉水源有保證

橫水河灌區(qū)由上游四座水庫(kù)聯(lián)合運(yùn)用向灌區(qū)供水，在“十二五”期間，鳳翔縣充分利用國(guó)家加大水利資金投入，推動(dòng)基礎(chǔ)水利設(shè)施建設(shè)的機(jī)遇，對(duì)白荻溝水庫(kù)、群力水庫(kù)、姚家溝水庫(kù)、桃樹(shù)溝水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，對(duì)總干渠等輸水骨干渠道進(jìn)行了更新改造，輸水骨干渠道完好，提升了灌區(qū)內(nèi)的供水保障能力，經(jīng)水資源平衡分析和近幾年供水量統(tǒng)計(jì)，每年可穩(wěn)定向灌區(qū)提供灌溉水源150萬(wàn)m3，高效節(jié)水項(xiàng)目區(qū)用水需求有可靠的水源保障。

3 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案

3.1 工程總體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)灌區(qū)基本情況及自流重力供水技術(shù)要求，本次高效節(jié)水灌溉工程選址在橫水河灌區(qū)中部，水源以橫水河灌區(qū)水源作為本工程的灌溉水源，在總干渠左側(cè)新建取水建筑物，通過(guò)160 m輸水管道引水到新建的2000 m3高位蓄水池，再?gòu)男钏胤笤O(shè)DN400主干管道至項(xiàng)目區(qū)，沿主管道配套支管及田間灌溉管網(wǎng)，利用地形高差進(jìn)行重力流輸配水，因地制宜利用蓄水管道灌溉方式建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程。

3.2 工程設(shè)計(jì)方案

3.2.1 水源工程設(shè)計(jì)

1)取水工程

本工程水源利用橫水河總干渠供水，在南干分水閘以北20 m處總干渠左側(cè)設(shè)置取水口，渠底標(biāo)高818.53 m，安裝分水閘1座，閘門尺寸為1.0 m×1.5 m，取水口設(shè)置攔污柵1道，分水口閘門后接160 m長(zhǎng)DN400輸水管，管材選用PVC-U管，壓力等級(jí)0.6 MPa。

2)調(diào)蓄池

為了滿足灌區(qū)管網(wǎng)供水需要，本次設(shè)計(jì)新建調(diào)蓄池1座。經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目區(qū)最高日用水量為10690 m3/d，由于水源為橫水河灌區(qū)總干渠輸水，考慮到灌溉期干渠檢修維護(hù)和灌溉用水時(shí)段，蓄水池容積按照項(xiàng)目區(qū)最高日用水量的20%考慮，確定蓄水池容積為2000 m3。蓄水池采用C25鋼筋混凝土襯砌，底板襯砌厚度為15 cm，四周邊坡襯砌厚度為12 cm。池底及池壁灰土墊層下設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理。

3.2.2 灌溉工程設(shè)計(jì)

(1)管材選擇

結(jié)合本工程實(shí)際情況，在確保滿足供水水量、水質(zhì)、水壓及運(yùn)行安全的情況下，經(jīng)對(duì)鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、PE管和PVC-U管優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性分析，結(jié)合地形、地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)等因素綜合確定，本次設(shè)計(jì)輸水干管、分干管及田間灌溉管道均采用PVC-U管。

(2)田間灌溉管網(wǎng)設(shè)計(jì)

1)管網(wǎng)布置

該工程灌溉方式為管道灌溉，依據(jù)灌區(qū)整體地勢(shì)為北高南低，設(shè)干管、分干管、支管三級(jí)固定管道。干管整體從調(diào)蓄池出口由北向南布設(shè)，橫穿整個(gè)項(xiàng)目區(qū)；分干管垂直于干管呈東西向布置，大體沿田間道路布設(shè)，本次設(shè)計(jì)共布設(shè)分干管7條；支管垂直于分干管由北向南布置。分干管上每60 m間距布設(shè)支管一條，共布設(shè)支管147條，支管上每30 m間距安裝一個(gè)出水樁，共布設(shè)出水樁1320個(gè)。在干管的進(jìn)口及沿途共設(shè)置控制閘閥4處，每條分干管進(jìn)口處設(shè)置閘閥1處，以利管網(wǎng)檢修和調(diào)節(jié)干管、分干管的水量及壓力，支管入口處安裝控制調(diào)節(jié)閥及水表。為了防止供水時(shí)造成氣堵，放水時(shí)造成管網(wǎng)真空，在干管沿線最高點(diǎn)均需安裝進(jìn)、排氣閥。

2)管道埋深

管道采用直埋方式，要求管頂覆土厚度不小于0.8 m。管床基礎(chǔ)為管溝槽內(nèi)的天然地基整平，夯實(shí)處理。

3)灌溉工作制度和流量確定

①灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

灌溉設(shè)計(jì)流量按所控制的灌溉面積，灌水時(shí)間，一次灌水定額按下式計(jì)算：

式中：Q0為灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h；a為灌水高峰期第i種作物的種植比例；mi為灌水高峰期第i種作物的灌水定額，m3/畝；t為系統(tǒng)日工作小時(shí)數(shù)，h，20 h；Ti為灌水高峰期第i種作物的一次灌水延續(xù)時(shí)間；A為設(shè)計(jì)灌溉面積，項(xiàng)目區(qū)面積6000畝；η為灌區(qū)灌溉利用系數(shù)，取0.87；

以該區(qū)小麥返青、拔節(jié)期和果樹(shù)開(kāi)花坐果期值來(lái)確定灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量。由試驗(yàn)資料確定小麥蒸發(fā)峰值。計(jì)算得項(xiàng)目區(qū)系統(tǒng)流量Q0=510.0 m3/h。

②各級(jí)管道的設(shè)計(jì)流量，按下式計(jì)算：

式中：Q為某級(jí)管道的設(shè)計(jì)流量，m3/h；n為該管道控制范圍內(nèi)同時(shí)開(kāi)啟的給水栓個(gè)數(shù)；N為全系統(tǒng)同時(shí)開(kāi)的給水栓個(gè)數(shù)；Q0為灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h。

本次設(shè)計(jì)按各支管灌水時(shí)每次只開(kāi)啟一個(gè)出水樁考慮，各支管設(shè)計(jì)流量均為5.80 m3/h。

(3)管網(wǎng)水力計(jì)算

1)管網(wǎng)水頭損失計(jì)算

根據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》管道沿程水頭損失，按照下式計(jì)算：

式中；hf為沿程水頭損失，m；L為計(jì)算管段長(zhǎng)度，m；Q為計(jì)算管道流量，m3/h；D為計(jì)算管道內(nèi)徑，mm；f為管材摩阻系數(shù)；m為流量指數(shù)；b為管徑指數(shù)；

根據(jù)《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》地埋式PE管的摩阻系數(shù)取0.995×105、流量指數(shù)取1.77、管徑指數(shù)取4.77。本次設(shè)計(jì)局部水頭損失按照沿程水頭損失的10%計(jì)算。

2)管徑確定

管徑采用經(jīng)濟(jì)流速法確定。

式中：d為管道內(nèi)徑，mm；v為管內(nèi)流速，m/s；Q為設(shè)計(jì)流量，m3/h。

根據(jù)計(jì)算確定，本工程主干管上段管徑d為400 mm，下段管徑d為315 mm；根據(jù)控制面積分干管管徑d采用250 mm、200 mm兩種規(guī)格；支管管徑d統(tǒng)一采用Φ110 mm，設(shè)計(jì)工作壓力等級(jí)為0.6 MPa。

4 效益分析

該高效節(jié)水灌溉工程實(shí)施后，節(jié)水灌溉工程的功能和優(yōu)勢(shì)已經(jīng)逐步發(fā)揮，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。一是節(jié)水效果明顯。管道灌溉比明渠灌溉水利用系數(shù)可由原來(lái)的0.64提高到0.87以上，可有效緩解農(nóng)業(yè)灌溉和城鎮(zhèn)供水矛盾，支撐和促進(jìn)縣域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。二是探索和創(chuàng)新了灌區(qū)建設(shè)和節(jié)水改造的新思路。在自流明渠灌區(qū)，因地制宜，探索實(shí)踐低壓管道灌溉技術(shù)，有效改善了灌區(qū)水利工程設(shè)施條件，推動(dòng)灌區(qū)科學(xué)發(fā)展，保障農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效。三是促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)快速發(fā)展。低壓管道供水能更好滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園作物灌溉需求，灌區(qū)土地流轉(zhuǎn)加快，更好的促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)迅猛發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

在自流灌區(qū)地形高差滿足壓力水頭要求，農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)好，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代園區(qū)優(yōu)勢(shì)明顯的灌區(qū)采用低壓管道灌溉方式，建設(shè)高效節(jié)水灌溉工程，具有“灌溉配水靈活，用水計(jì)量準(zhǔn)確，管理手段先進(jìn)，群眾用水方便”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。對(duì)改變?cè)写笏嗟墓喔饶Ｊ剑龠M(jìn)灌區(qū)節(jié)約用水起到積極作用，是今后農(nóng)田水利建設(shè)的有益探索和發(fā)展方向。同時(shí)在田間末級(jí)灌溉管網(wǎng)配套噴灌、滴灌等高效節(jié)水灌溉設(shè)施，可滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)作物灌溉需求。因此，發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積，對(duì)促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，帶動(dòng)區(qū)域發(fā)展，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興，助力貧困群眾脫貧攻堅(jiān)具有重要意義。