1、Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言我国水资源相对匮乏且分布呈现严重不均的现象，农业用水为用水大户，消耗了我国大量的水资源1。但由于我国农业发展水平较低，用水的效率整体不高，节水的潜力很大2。农业的节水灌溉不仅可以提高水资源的利用效率，还是保障我国粮食安全的主要技术途径。高效节能技术是提高水资源利用率的主要技术途径，常用的技术主要包括滴灌、喷灌、水肥一体化等技术路线和节水体系，这些技术已经在国内外取得了良好的经济和环境效益3-4。在我国，常用的节能灌溉技术主要包括低压管道输水技术、指针式喷灌技术、滴灌、微喷等，这些技术经历了多年的发展，已经形成了完善的
2、理论基础和技术体系5，如今高效节能技术正向精细化、自动化、智能化等方向发展，面向不同的应用要求和环境特点，应有针对性地选择不同的技术方案和灌溉模式。本文以新疆某县的高效节水灌溉工程为例，就设计的流程和关键过程进行研究，以期为此类项目的设计提供参考依据。2项目概况本项目位于新疆莎车县，莎车县地势南部为山丘区，海拔2 200 m以上，山谷纵横，海拔1 6004 500 m，向北则为平原区，地形坡降为3.31.96。项目所在地的地势以平原为主，起伏相对较小，高差小于10 m。该地区的气候特征为：春季干旱，夏季高温炎热，秋季干燥，冬季干冷，降雨、降雪较少，全年多风，降水分布不均匀，地表水资源主要依靠3
3、条河流。莎车县现状总灌溉面积154 707 hm2（232.06万亩），以种植棉花和小麦为主，现状只有24 193 hm2（36.29万亩）已实施高效节水灌溉技术外，其余面积均采用传统的灌溉方式，占到总面积的80%。本次建设高效节水灌溉工程36 013 hm2（54.02万亩），共计854个系统，地下643个系统，地表水211个系统。其中，经济作物棉花膜下滴灌31 126.7 hm2（46.69万亩），粮食作物玉米滴灌2 560 hm2（3.84万亩），经济林作物棉花套种巴旦杏2 326.7 hm2（3.49万亩）。本文依托该项目，主要研究棉花作物的高效灌溉工程的设计过程和相关要点。3方案比选
4、3.1节水灌溉方案目前，工程上有多种节水灌溉技术的应用，常用的节水灌高效节水灌溉工程的设计与研究Design and Research of High Efficiency and Water Saving Irrigation Project周晓锋（新疆峻特设计工程有限公司，新疆 喀什 844000）ZHOU Xiao-feng(Xinjiang Junte Design Engineering Co.Ltd.,Kashgar 844000,China)【摘要】以某高效节水灌溉工程为例，通过节水灌溉方案、滴灌方案、水源方案的比选，确定最佳灌溉方案。根据工程实际情况，设计灌溉系统、管网结构，同
5、时对灌水器选型、系统设计流量及扬程确定进行分析。最后对首部枢纽工程设计进行详细阐述。【A b s t r a c t】Thispaper takesan efficient water-savingirrigation project asan example,it determines the best irrigation scheme bycomparingwater-savingirrigationscheme,dripirrigationschemeandwatersourcescheme.Accordingtotheactualsituationoftheproject,thede
6、signofir-rigationsystem,pipenetworkstructure,atthesametime,theselectionofirrigator,systemdesignflowandheaddeterminationareanalyzed.Fi-nally,thedesignofthefirsthubprojectisdescribedindetail.【关键词】高效节水；灌溉技术；棉花；工程设计【K e y w o r d s】highefficiencyandwatersaving;irrigationtechnology;alfalfa;engineeringdes
7、ign【中图分类号】S277【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）03-0130-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.03.038【作者简介】周晓锋（1990），男，四川内江人，工程师，从事农田水利工程设计与研究。130MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计溉方案及其优缺点如表1所示。表 1主要的灌溉方式及其特点灌溉方式优点缺点微灌灌水均匀度较高，系统全部由管道输水，很少有沿程渗漏和蒸发损失，对土壤和地形的适应性强对水质要求较严，漂移损失大，抗强蒸发能力差，不适宜
8、果林灌溉半固定式管道喷灌系统投资比固定式喷灌系统少，喷灌效率较移动式喷灌系统高适用范围较窄，很难适应山区和气候恶劣的地区指针式喷灌灌溉的自动化程度高，节水的效果相对较好投资的成本相比较高于半固定式管道喷灌系统半固定式管道喷灌系统投资比固定式喷灌系统少，喷灌效率较移动式喷灌系统高适用范围较窄，很难适应山区和气候恶劣的地区结合项目区实际情况，考虑到近些年来在新疆各地及项目区采用滴灌已经取得了节水又增产的双重效益，采用滴灌已经有成功经验，故本项目大田作物采用滴灌作为节水灌溉的设计形式。果棉套种，果树采用管道灌溉，出地栓上预留出水口，并在出水口处设置消力池，挖沟将水引入果树开沟处进行灌溉。3.2滴灌方
9、案根据水源分布特性及地面纵坡等自然条件，滴灌的灌水方式有自压和加压两个方案。3.2.1自压滴灌优点：滴灌系统所需要的工作水头及管网水头损失全部由地形落差供给，运行期不耗能，水源工程不需设置加压设备等其他设施设备，水源整体工程造价低。缺点：对地形条件和水源的分布位置有特定的要求，自压滴灌项目区应具备地形纵坡较大的自然条件，水源应分布在项目区高位，管网工程的造价相对较高。3.2.2加压滴灌优点：对地形条件及水源分布没有特别的要求，适应条件比较广泛。多数情况下水源与项目区临近，管网工程造价相对较低。缺点：运行期耗能相对较大，水源工程中需设置加压设备、供变电设备及泵房工房等土建工程，水源工程的建设项目
10、较多，水源工程造价较高，管理较繁杂，运行耗能较大，运行成本较高。由以上分析看出：自压滴灌和加压滴灌各有不同的优缺点，各有不同的适应条件。考虑运行期自压滴灌运行成本低，可有效地降低农业生产成本，减少农民的负担，因此，在条件具备的地方应首选自压滴灌。本工程项目区地形平均纵坡为12 000左右，以地表水为水源的管网不具备自压滴灌的地形条件，因此，采用加压滴灌。3.3水源方案根据项目区水资源分布条件，滴灌工程可以选择以地下水为水源和以地表水为水源两个比较方案。两者的优缺点如表2所示。表 2水源方案的对比水源优点缺点地下水为水源地下水含沙量低，水质较好，工程首部比较简单，管网较小，单位面积造价相对较低机
11、井水泵扬程较高，用电量较大，运行成本较高，机井水量相对较小，控制灌溉面积小，对面积较大的管网，水源水量往往不能满足地表水为水源水源水量适应性较好，能满足各种种植模式和较大规模种植的用水要求，同时，与机井水源相比较，加压水泵扬程较小，用电量较少，运行成本较低洪水期地表水含一定量的泥沙、树叶和草根等杂物，水质较差，水源工程应设置适当规模的沉沙池，其占地面积较大，工程造价较高综合以上分析，地下水为水源和地表水为水源各自均有不同的优缺点，两种水源方案均可作为滴灌工程的水源方案。根据项目区水源的不同来确定水源方案，通过对项目区测量调查了解，项目区属于井渠双灌区，确定了以机井水作为旱季补充灌溉，以地表水为
12、水源的方案。4高效节水灌溉工程设计4.1基本资料本文荒地镇7村4组地块，地块面积为59.27 hm2（889亩），地形由北向南倾斜，纵坡约为12 500，土壤主要为砂壤土，种植作物为棉花，作物生长期主要在4月中旬至10月中旬，需水期在5月中旬至8月下旬，棉花种植模式为：0.10 m+0.66 m+0.10 m，行间距0.1 m，株距0.1 m。目前的灌溉形式为大水漫灌，灌溉水源为渠水。项目区气候为典型的暖温带内陆性干旱气候，多年平均气温11.5，多年平均降水量为47.6 mm，多年平均蒸发量2 232 mm，平均风速1.9 m/s。4.2系统组成根据项目区的气候条件，地块的土质以及种植的作物，
13、本131Construction&DesignForProject工程建设与设计地块高效节水技术采用滴灌，毛管布置形式采用一管两行型，平均间距0.76 m。供水系统主要由水源工程、首部枢纽、输配水管网和田间灌溉设施4大部分组成。水源工程主要包括沉淀池等。首部枢纽由加压水泵系统、过滤施肥装置、变配电设施、系统控制装置和泵房等组成。输配水管网由地埋干管、分干管和控制装置组成。田间灌溉设施由地面支管、毛管和控制装置组成。4.3管网结构目前，滴灌技术在管网结构上采用较多的轮灌模式有支管轮灌模式和小辅管模式。支管轮灌模式水量相对集中，管理简便，更新改造方便。小辅管模式系统流量分散，管理复杂，更新改造难，
14、系统前期投资相对较少。考虑到项目的实际情况，本项目选择支管轮灌方式。4.4灌水器选型棉花毛管采用单翼迷宫式滴灌带，根据土质及种植模式选择滴灌带规格。所选滴灌带技术参数：WDF16/2.4-300，滴灌带内径16 mm，滴孔间距0.3 m，公称流量2.4 L/h，工作压力10 m，流量q=0.603h0.6，式中，h为工作压力水头，10 m。4.5系统设计流量及扬程确定根据GB/T 504852020微灌工程技术标准并结合本项目的具体情况，经过计算，系统最大工作压力水头为35.71 m，最大流量为268.64 m3/s，以此作为本系统的设计扬程及设计流量。5首部枢纽工程设计5.1水泵及启动箱根据
15、系统设计流量和扬程，选择W200-315/4/55型单级单吸离心泵1台，水泵额定流量为280 m3/h，额定扬程为36m，电机功率为55 kW，电机启动装置配套带无功补偿的变频器，变频功率比水泵功率大一个型号。5.2过滤器依据滴灌技术对水质的要求，本工程渠水大部分引自河水，水中大颗粒泥沙含量较小，但在洪水期需引叶河洪水灌溉，叶河多年平均含沙量4.28 kg/m3，泥沙平均粒径变化在0.002 90.19 mm。根据GB/T 504852020微灌工程技术标准，泥沙含量100 mg/L时选择沉淀池+砂过滤器+筛网过滤器。综合考虑后，选择自清洗砂石+网式自动反冲洗二级过滤器。根据系统所选泵流量，系
16、统选择过滤器的流量为400 m3/h，网式过滤器选用120目。在过滤设施前后应分别放置一个压力表，有利于观测水泵出口压力和系统地埋主干管入口压力。5.3逆止阀、压力表及进排气阀逆止阀及压力表：在过滤器进口处安装逆止阀，在过滤器的前后分别设置一个压力表，观察压力变化，压力表表盘数值选择00.6MPa。进排气阀：在滴灌系统的最高处设置进排气阀，以调节管网进气和排气，防止停水时管网内产生负压和开始供水时管网排气不畅产生气阻，造成管网破坏，影响正常供水。5.4泵房根据泵型及安装尺寸，设有泵房和休息配电室。选择节水灌溉工程泵房图（一），该泵房建筑面积46.99 m2，泵房长宽尺寸为长宽=9.15 m3.6 m=32.94 m2，高度2.8 m，休息配电室尺寸为长宽=3.75 m3.75 m=14.06 m2，高度2.8 m，泵房和休息配电室均采用砖混结构。5.5施肥罐和输变电设备项目区供电保证率较高，不影响城乡正常用电，可满足滴灌工程的用电要求。本系统选配S13-100/10节能型变压器，根据系统设计流量选择1 000 L开敞式施肥箱子。6结语本文以某高效节能的灌溉工程为研究对象，结合当地的气候