高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌典型設(shè)計(jì)淺析

苗宗雷

(山西臨汾翼城縣水利局，山西 翼城，043500)

通過對(duì)高效節(jié)水灌溉工程進(jìn)行低壓管灌設(shè)計(jì)，能夠有效節(jié)約水資源，滿足農(nóng)作物的基本生長(zhǎng)需求。對(duì)于低壓管灌設(shè)計(jì)人員來講，在實(shí)際工作當(dāng)中，要結(jié)合高效節(jié)水灌溉工程的運(yùn)行情況，不斷改進(jìn)原有的低壓管灌設(shè)計(jì)方案，在提升低壓管灌設(shè)計(jì)方案實(shí)施效果的同時(shí)，減少水資源的浪費(fèi)，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。鑒于此，本文主要分析翼城縣高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌典型設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 翼城縣高效節(jié)水灌溉工程基本概況

翼城縣屬暖溫帶半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，降水量比較充沛。該地區(qū)多年平均降水量869mm，年變化量在565.3mm～1310.6mm之間。境內(nèi)多年平均地表水資源量約為3.9億m3，多年平均徑流深有205mm，年徑流系數(shù)為0.236，平均降水日81d。夏季降水最多，平均509mm，占全年降水量的58%。

根據(jù)臨汾第二次水資源評(píng)價(jià)報(bào)告，翼城縣年平均水資源資源總量為16435萬(wàn)m3，人均水資源可利用量2765m3，僅為全國(guó)的23.5%。全縣2020年生活用水270萬(wàn)m3，工業(yè)用水3725萬(wàn)m3，建筑用水66萬(wàn)m3，第三產(chǎn)業(yè)用水307萬(wàn)m3，農(nóng)業(yè)用水6111萬(wàn)m3，林牧漁畜用水610萬(wàn)m3，生態(tài)用水75萬(wàn)m3，共計(jì)11164萬(wàn)m3。根據(jù)縣水資辦提供的數(shù)據(jù)，全縣地表水年取水量1500萬(wàn)m3，地下水年取水量3030萬(wàn)m3，共計(jì)4530萬(wàn)m3，尚缺5125萬(wàn)m3，除禹門口東擴(kuò)引黃分配我縣水量3533萬(wàn)m3外，還缺3101萬(wàn)m3水量。

近年來，翼城縣認(rèn)真貫徹新發(fā)展理念，遵守節(jié)水優(yōu)先的原則，真正把推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水、發(fā)展節(jié)水灌溉作為重點(diǎn)發(fā)展內(nèi)容，并因地制宜地大力發(fā)展節(jié)水灌溉工程。

截至2015年底，翼城縣累計(jì)發(fā)展灌溉總面積為1.47萬(wàn)hm2，占總耕地面積的40%，而高效節(jié)水灌溉工程總面積為0.56萬(wàn)hm2左右，占灌溉面積的35%。

2 高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)中存在的問題

在翼城縣高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)初期，由于工程的建設(shè)規(guī)模比較大，受當(dāng)?shù)赝寥佬再|(zhì)、水源、地形、氣候等條件影響較大，再加上缺乏經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員，考慮的因素不夠充分，使高效節(jié)水灌溉工程不能按時(shí)完工投入使用[1]。當(dāng)?shù)鼗鶎铀?wù)管理制度又不完善，導(dǎo)致工程后期的經(jīng)營(yíng)管理難度不斷加大，影響高效節(jié)水灌溉工程的正常使用，致使工程效益不能充分發(fā)揮出來[2]。

3 高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌典型設(shè)計(jì)要點(diǎn)

翼城縣“十三五”高效節(jié)水灌溉工程實(shí)施范圍涉及翼城縣4個(gè)鎮(zhèn)，規(guī)劃至2020年新增高效節(jié)水灌溉面積0.91萬(wàn)hm2，其中低壓管灌工程0.73萬(wàn)hm2，微灌工程0.18萬(wàn)hm2[3]。由于低壓管灌工程面積較大，設(shè)計(jì)上需得到重視，本次針對(duì)翼城縣低壓管灌工程特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1 加強(qiáng)可供水量預(yù)測(cè)

結(jié)合我國(guó)水利工程建設(shè)現(xiàn)狀來看，通過適當(dāng)加強(qiáng)可供水量預(yù)測(cè)，能夠保證河道、水庫(kù)塘壩得到更好地整治利用，提升地表水的利用率，保證水利工程能夠更加穩(wěn)定地運(yùn)行。在翼城縣高效節(jié)水灌溉工程中，加強(qiáng)可供水量預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2020年，地表水可供水量不同保證率將會(huì)增加5%、10%、15%。另外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還要結(jié)合各項(xiàng)參數(shù)，繪制合理的節(jié)水灌溉分區(qū)分片圖做好各片區(qū)供需水平衡分析[4]。全區(qū)及不同分區(qū)不同保證率的可供水量預(yù)測(cè)見表1。

表1 翼城縣項(xiàng)目區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)水資源總量和可利用總量

3.2 低壓管灌管網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

影響低壓管灌管網(wǎng)設(shè)計(jì)的因素較多，首先應(yīng)對(duì)影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)因素進(jìn)行分析，采用精細(xì)分層優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以年管網(wǎng)造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用畝投資最小為總優(yōu)化目標(biāo)，按照由主到次的順序逐步優(yōu)化設(shè)計(jì)。翼城縣低壓管灌主要用于小麥、玉米及經(jīng)濟(jì)作物灌溉，具有灌溉面積大、灌水量多和灌水集中等特點(diǎn)。在管材選擇時(shí)，一般選用具有安裝運(yùn)輸方便、投資省和水損小等優(yōu)點(diǎn)的PE或PVC-U管；在單站控制灌溉面積上一般以26.67hm2左右為最優(yōu)；灌溉制度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)資料和農(nóng)民灌溉習(xí)慣綜合確定，一般采用干管續(xù)灌支管分2～3組輪灌的灌溉制度；給水栓選擇具有耐銹蝕、防沖刷和抗撞擊等優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)品，目前翼城縣主要采用“升降式隱形給水栓”，應(yīng)用效果較好；管網(wǎng)布置形式宜選用工程造價(jià)較低的樹狀管網(wǎng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形圖優(yōu)化布置；管徑計(jì)算一般以經(jīng)濟(jì)流速進(jìn)行控制，流速一般取1m/s～1.5m/s，干管一般取小值；管網(wǎng)附屬設(shè)施設(shè)計(jì)直接關(guān)系到管網(wǎng)后期運(yùn)行方便程度，因此，應(yīng)按使用要求對(duì)閥門井、鎮(zhèn)墩、排水井和自動(dòng)進(jìn)排氣閥等進(jìn)行合理布置設(shè)計(jì)，不得忽略。

3.3 泵站工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

泵站是低壓管灌工程的核心，在水泵選型過程時(shí)，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合泵站進(jìn)出水管路布置情況和管網(wǎng)需要壓力，準(zhǔn)確計(jì)算水泵揚(yáng)程，并根據(jù)設(shè)計(jì)流量合理選擇水泵型號(hào)和相關(guān)設(shè)備。根據(jù)河道或者水庫(kù)水位變化控制泵站的安裝高程，該地區(qū)泵型選擇主要采用ISGB型立式單級(jí)離心泵，泵站進(jìn)水側(cè)設(shè)置攔格柵防止大的雜物，泵管進(jìn)口設(shè)置攔污網(wǎng)防止細(xì)小的雜物。為方便用水量計(jì)量，在水泵的出水側(cè)安裝電磁流量計(jì)。同時(shí)，出水管路側(cè)還配有緩閉型止回閥、閘閥和壓力表等安全保護(hù)裝置。泵站內(nèi)設(shè)電機(jī)控制保護(hù)柜，采用MNS型低壓開關(guān)柜，采用變頻器進(jìn)行電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)和恒壓運(yùn)行控制。以翼城縣唐興鎮(zhèn)李莊村站灌溉面積133.33hm2為例，選用1臺(tái)ISGB200-250(I)水泵，設(shè)計(jì)流量454m3/h，揚(yáng)程為12.88m，電機(jī)配套功率為30kW，額定轉(zhuǎn)速為1450r/min，泵站設(shè)備配套情況見表2。

表2 翼城縣唐興鎮(zhèn)李莊站主要設(shè)備表

3.4 自動(dòng)化、信息化工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在進(jìn)行高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)國(guó)家信息化建設(shè)需求，并結(jié)合灌區(qū)管理現(xiàn)狀，在保證灌區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，認(rèn)真遵守“需求牽引、應(yīng)用至上、統(tǒng)一規(guī)劃、持續(xù)利用”的原則，對(duì)原有的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提升高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌系統(tǒng)的開放性與兼容性。

設(shè)計(jì)人員應(yīng)在各站點(diǎn)安裝監(jiān)控設(shè)備，以便了解泵站設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況。視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要由四部分組成，分別是前端設(shè)備、傳輸設(shè)備、控制設(shè)備、顯示設(shè)備，其中，前端設(shè)備由攝像機(jī)、解碼器及云臺(tái)、支架、防護(hù)罩等組成，通過采集圖像信號(hào)，將該信號(hào)傳輸?shù)街悄芸刂浦鳈C(jī)中，并接受智能控制主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控命令；傳輸設(shè)備主要由同軸電纜、雙絞線和光纖對(duì)應(yīng)的傳輸系統(tǒng)組成；顯示設(shè)備則能夠根據(jù)不同的圖像現(xiàn)實(shí)要求，顯示出相應(yīng)的圖形。視頻監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

除此之外，在設(shè)計(jì)信息化通信網(wǎng)絡(luò)的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員要結(jié)合低壓管灌情況，將遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確地傳送，保證各個(gè)子系統(tǒng)能夠更好地結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，保證水利資源得到更好地管理。在翼城縣高效節(jié)水灌溉工程中，低壓管灌設(shè)計(jì)人員結(jié)合區(qū)域范圍內(nèi)各個(gè)泵站、機(jī)井的分布情況，將有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效結(jié)合，共同構(gòu)建泵站通信網(wǎng)絡(luò)，保證節(jié)水灌溉工程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)得到更好地采集。

翼城縣高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌信息管理系統(tǒng)示意見圖2。

圖2 翼城縣高效節(jié)水灌溉工程低壓管灌信息管理系統(tǒng)示意

4 結(jié)語(yǔ)

通過介紹翼城縣高效節(jié)水灌溉工程的低壓管灌典型設(shè)計(jì)要點(diǎn)，如加強(qiáng)可供水量預(yù)測(cè)，提出水泵工程設(shè)計(jì)、自動(dòng)化、信息化工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)等，能夠幫助設(shè)計(jì)人員更好地了解高效節(jié)水灌溉工程的運(yùn)行情況，提升水資源的利用率。對(duì)于相關(guān)設(shè)計(jì)人員而言，要運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，并不斷提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，從而推動(dòng)高效節(jié)水灌溉工程的穩(wěn)定運(yùn)行。