阳谷县高效节水管道灌溉工程设计初探

任国勇，侯玉霞，牛文斌，贾丽君

(山东省阳谷县水务局，山东 阳谷 252300)

1 概况

1.1 地理位置

阳谷县地处山东省西部，项目区位于阳谷县张秋镇北部。辖区总面积53 km2，总人口5万人。项目区共涉及24个村，人口20 773人，耕地面积3.33万亩。

1.2 项目区地形、地貌

项目区地势由西南向东北缓倾，平均坡降为1/6 000～1/7 000之间。历史上黄河曾多次在境内泛滥，改道，冲决，泥沙淤积，逐渐形成了微度起伏的缓岗、缓平坡地、浅平洼地三种微地貌类型相间的现代平原地形。

1.3 水文气象

项目区属暖温带半干旱大陆性气候区，年平均气温13.3℃。

1.4 工程设计技术指标

根据本县项目区的工程实际，进行河渠提水管道灌溉高效节水工程典型设计

根据《节水灌溉技术规范》SL207－98和《灌溉与排水工程设计规范》GB50288—99，本次规划依据以下主要技术指标:

①项目区内灌溉水利用系数不低于0.85。

②田间水利用系数不低于0.85。

③管道输水灌溉应满足:固定管道每亩不低于6 m长，支管间距单向布置不大于75 m，双向布置不大于150 m，出口间距不大于50 m。

④实现节水灌溉后，项目区粮食产量增加10.5%以上，棉花增产10%以上，粮食灌溉水分生产率达到1.20 kg/m3以上。节水灌溉项目效益费用比应大于1.2。

2 高效节水灌溉工程设计

2.1 基本资料

河渠提水管道工程典型项目位于张秋镇西部，包括西沙、花园等村部分耕地，该区域地势较高，北干渠来水量较大，群众多使用小白龙输水，为提高农田灌溉集约化水平，减少群众投资和农田灌溉大量的投工，推进灌区管理“三位一体”模式的发展，可以通过建设提水泵站和输水管网，满足群众农业灌溉的需要，促进农业丰产丰收。项目区域面积东西长1 400 m，南北宽700 m，耕地面积1 469亩，沟渠来水为陶城铺灌区北干渠，灌溉季节水量较充足。经化验分析，北干渠水质符合农田灌溉用水水质标准。项目区西边界紧靠南运西沟，东边界为井阳岗二期工程，南边为北干渠，区内有田间路与排水农沟贯穿其中。该区农业生产以种植小麦、玉米作物为主，一年两季，南北向种植。

2.2 灌溉制度的确定

2.2.1 作物需水量的确定

根据小麦、玉米的需水规律，其需水高峰期在小麦灌浆期，平均需水强度 Ea=5.7 mm/d。

2.2.2 设计灌水定额及灌水周期

1)设计灌水定额。

区内作物为一年两作，小麦是需水量大的作物;而玉米生长期正逢雨季，适时灌水即可;蔬菜需水量大，灌水次数多，但次定额小，且面积小，因此设计时以小麦月需水量最高灌浆期确定灌水定额。即:

式中:m为设计灌水定额(mm);γ为土壤容重(g/cm3)，取 γ=1.45;h为计划湿润层深度，取 h=0.60 m;P1、P2为土层适宜含水率的上限、下限(占干土重%)，分别取田间持水率的95%和65%;η田为田间水利用系数，取 η田=0.85。取田间持水量为22%，则:

2)灌水周期

式中:T设为设计灌水周期(d);W为最大平均需水强度(mm/d)，取W=5.7 mm/d;其他符号意义同前。

2.2.3 工程总体布置

依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，使管线最短，控制面积最大，便于机耕，管理方便。并尽可能双向分水，方便浇地、节水，长畦改短。

在1 090 m×490 m的典型地块内，水源位于地块西北方向的路边处，管道采用干管、支管分片控制相结合。为运行管理方便，从泵站布置干管一条，长度为660 m，支管沿东西方向垂直于干管布置，共布置支管12条，总长8 400 m，给水栓沿支管布置，间距50 m，全地块共布置168个地面给水栓。给水栓双向分水控制灌溉，给水栓上可连接移动式输水软管代替田间毛渠灌溉。

详见高效节水管灌管网布置图

沿地块南边缘修田间路一条，北边缘开挖疏浚排水沟。田间积水排向毛沟，再由毛沟排入斗沟。

2.2.4 灌溉设计流量的确定

根据设计灌水定额、灌溉面积、灌水周期和每天工作的时间，按下式计算确定系统灌溉设计流量。

式中:Q为管道系统的灌溉设计流量，m3/h;η为灌溉水利用系数，取0.85;A为控制面积，亩;m为灌水定额，mm;T为灌水周期，d，取10 d;t为灌水时间，h，取20 h;其他符号意义同前。

2.2.5 高效节水灌溉系统工作制度确定

管道灌溉系统设计流量为389.34 m3/h，系统工作采用最优灌溉的轮灌制度。

每个给水栓的出水量30 m3，因此，以6条支管为一个轮灌组，每条支管同时开2个给水栓。

1)毛灌水定额

经计算得:m毛=53.01 m3/亩

2)一次灌水时间

式中:A0为单口控制灌溉面积，亩;由管网布置知，A0=1 469/168=8.74亩;q0为单口流量，m3/h;每次开口1个，q0=30 m3/h，则:t次 =16 h

3)轮灌制度

轮灌组数N计算如下:

式中:N为轮灌组数目;C为每天能工作的时间，小时;取C=20 h;t为一次灌水延续时间，小时;取t=16 h;T为灌水周期，天;取T=10 d;计算得:N=12.5取N=13

2.3 管道灌溉系统管网水力计算

2.3.1 管材及管径选择

固定管道包括干管、支管，均埋于地下，采用UPVC塑料管材。

按经济流速法确定各级管径:

式中:d为管内径，mm;Q为流量，m3/h;V为经济流速，根据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288－99)V=1.0～1.5 m/s，取 1.5 m/s;

干管最大流量为389.34 m3/h，支管流量为60 m3/h

经计算得:干管选用Ф315的UPVC塑料管材、支管选用Ф125的UPVC塑料管材。

2.3.2 管网水力计算

以系统最不利运行时的工作状态来进行系统管网水力计算，此时固定管长1 360 m，其中:干管长660 m，支管长700 m，2个给水栓运行。

沿程水头损失计算:

式中:hf为管道沿程水头损失，m;f为摩阻系数，与摩阻损失有关，f=0.948×105;m为流量指数，与摩阻损失有关，m=1.77;b为管径指数，与摩阻损失有关，b=4.77;L为计算管道长度，m;Q为管道设计流量，m3/h;d为管道内径，mm。

固定管道沿程水头损失:

局部水头损失按总沿程水头损失的10%计。

设移动软管水流出口水压为0.2 m，软管出口与进水管口高差相同，则管网所需水压力为

2.3.3 设计扬程的确定与水泵的选择

设计扬程 H=h净+hg+h泵=2.5+13.60+1.0=17.10(m)

式中:h净为渠道正常水位到管网进水口的高度，m;hg为输水管网需要的压力水头，m;h泵为水泵管路损失，m。

2.3.4 水泵选型

根据水力计算结果，系统扬程17.10 m和系统流量389.34 m3/h，参考水泵资料，拟配水泵:1台套200 HW－12s型潜水泵，配套功率18.5 kW。

2.4 首部枢纽及管网安全保护设施设计

系统管网首部包括进排气阀、闸阀、逆止阀、水表等设施。另外，在管网系统每500m设进气阀一套。在管道拐弯处或直管段超过30m设置镇墩。

为防止管管系统管网泥沙淤积，解决冬天系统的防冻涨问题，在系统管网的最低处设排水阀。

管道灌溉区干管1条，Ф315UPVC管，长度660 m;支管12条，Ф125UPVC管，长度8 400 m;共布置管道长度9 060 m，给水栓168个;每条支管进口处设闸阀，支管末端设排水阀。

3 效益分析

项目完成后，不仅节约灌溉用水量、增加农田灌溉面积、增加地方农民收入、改善人民生活、为我县农业的后续发展奠定物质基础，同时为我县农田水利基础设施日益完善及其功能、效益的发展方向提供技术支持和引领导航作用。同时，具有良好的生态与环境效益。将有效地减少农业灌溉用水，可使田间肥力得到保护，有利于地下水资源的可持续开发利用，改善了田间小气候，防止了畦田冲刷，起到了水土保持效果。具有显著的生态及环境效益。

项目实施后，特别是高效节水灌溉工程的建设，有限度地开采地下水，使地下水得以涵养，使人与自然和谐相处，有利于当地农村的可持续发展。

图1 河道提水管道工程典型布置图

［1］SL207—98.节水灌溉技术规范

［2］GB－50288－99.灌溉与排水工程设计规范.

［3］SL/T153－95.低压管道输水灌溉技术规范.

［4］GB5084—92.农田灌溉水质标准.

［5］SDJ72—94.水利建设项目经济评价规范.