浅谈干旱牧区高效节水灌溉模式规划设计

牛小刚

（巴州天宝水利工程设计有限公司,新疆 库尔勒 841000）

0 引言

西部牧区常年干旱少雨，地表、地下水资源储量不足，水资源短缺成为西部牧区经济发展和生态建设最主要的障碍性因子[1]。西北干旱区人均水资源占有量1573 m3；人均和地均水资源占有量分别为全国人均水平的68%和27%[2]，而新疆农业用水比重高达92.5%。因此，大力实施农牧业高效节水灌溉，优化水资源配置对节约水资源，促进农业增产具有不可替代的作用。文章以新疆尉犁县为研究对象，结合当地已有灌溉工程经验，规划完善已有渠系防渗改造和新建滴灌区两条途径的高效节水灌溉模式，进一步补齐牧区水利工程短板。

1 研究区概况

1.1 水资源概况

尉犁县取水水源有孔雀河、塔河等地表水以及地下水，根据巴州水资源管理“三条红线”各县市分配方案，尉犁县2020 年5.60 亿m3，项目区用水指标为10565 万m3，其中地表用水指标为10331 万m3，地下水用水指标为234 万m3。

1.2 节水灌溉发展现状

尉犁县牧区水利建设虽然取得了很大成绩，保证了畜牧业的发展，但还存在以下问题：

（1）灌溉工程配套差，灌水方法粗放，水的利用率低。灌区的输水渠道防渗率低，配套差，灌水方法仍多为大水漫灌。

（2）节水观念不强，水资源利用认识尚待提高。灌区渠系防渗率低和灌溉方法不当，造成灌溉定额过高，节水观念有待提高。

（3）灌溉管理技术水平落后。水费在农业生产成本中所占比例过低，基层水管部门的灌溉管理工作比较粗放，灌水技术与灌溉方法都落后，群众对灌溉定额的概念模糊，使实际灌溉定额远大于设计灌溉定额，造成水资源严重浪费。

2 节水灌溉工程规划

尉犁县牧区节水灌溉工程规划建设范围包括塔里木乡，墩阔坦乡及兴平乡，主要建设内容为渠道防渗改造18.025 km，共配套渠系建筑物106 座。建设滴灌区面积13226 亩。具体节水灌溉模式和规划面积见表1。

表1 尉犁县牧区节水灌溉模式及范围

3 节水灌溉工程设计

3.1 渠系防渗改造设计

项目区已建渠线大部分顺直合理，在原渠道基础上进行防渗改造，土方工程量较小，渠基处于密实稳定状态，基础条件较好。为最大限度的降低工程投资，设计在原有渠线基础上进行防渗改造，不再考虑新渠线方案。

3.1.1 渠道纵坡设计

使渠道的工程量最省，避免土方大搬运，并保证引水口水位要求，流速满足不冲不淤流速。经过对工程量、渠道结构等方面进行比较，渠道均采用现浇砼板衬砌，按《渠道防渗工程技术规范》要求控制流速3 m/s～5 m/s。

3.1.2 渠道横断面防渗衬砌结构设计

渠道横断面设计根据已拟定的渠道设计参数，通过水力最优断面及实用经济断面确定渠道的底宽，同时使其流速满足不冲不淤的要求。设计渠道横断面形式采用梯形断面方案。

（1）方案一：采用全断面现浇C20 砼板防渗形式

采用全断面8 cm厚现浇砼衬砌。优点：防渗效果好，坚固耐用输水速度快，利用率高，管理方便，适应灌区发展要求；缺点：工期相对较长，现场浇筑点多线长，质量不宜控制，混凝土养护用水难以解决。见图1。

经过6个月护理干预后，观察组患者的SAS评分为（46.89±7.68）分，SDS评分为（50.34±5.97）分；对照组患者SAS评分为（59.34±6.89）分，SDS评分为（57.26±6.24）分。观察组患者的心理状态评分明显优于对照组，组间对比，差异有统计学意义（P＜0.05）。

图1 方案一渠道防渗衬砌设计结构

（2）方案二：采用全断面预制C20 砼板防渗形式。

采用6cm厚预制砼板衬砌。优点：防渗效果较好，混凝土预制板可集中预制，质量易保证，施工速度快，可以在渠道土方工程施工期间进行砼板预制，批量生产，节约工期，建成后管理维修方便。缺点：预制板勾缝较多，工程投资较现浇砼板方案高。具体见图2。

图2 方案二渠道防渗衬砌设计结构

综上，根据项目区自然条件、施工条件、渠道断面设计经济合理以及天然建筑材料的分布和储量，从节省投资的角度出发，推荐方案一，即渠道断面采用全断面现浇C20 砼板防渗形式。

3.2 滴灌工程设计

3.2.1 建设标准

项目区建设总面积为13225 亩，工程等别为Ⅳ级，规模为小（1）型。主要建筑物为4级，次要建筑物为5 级。灌溉水利用系数不低于0.9，设计日工作小时数不大于22 h。地埋管埋设深度在当地冻土层以下，并满足地面荷载和机耕要求。管道工作压力不低于0.4 MPa，干、支两级管道间距、长度合理设定，且能满足今后滴灌自动化设计的要求。

3.2.2 工程总体布置方案

（1）水源方案比选

项目区水源分为地表水及地下水，根据项目区实际情况，塔里木乡和墩阔坦乡11 个系统采用地表水作为水源，兴平乡3个系统采用地下水作为水源，在项目区内有机井的地块内采用地下水作为水源，没有机井的地块采用地表水作为水源，新建沉砂池，水质经过滤器处理后进行灌溉。

（2）骨干管网布置比选

项目区地处老灌区，区内条田、道路、林带、居民区已成型多年，主管网按照设计计算及考虑地块形状、种植方向布置，主干管及分干管基本沿田埂及道路一侧铺设，以免影响大型机械工作，地表水沉砂池布置在灌溉条田最高处，离供水渠道最近的地方，以便引水及排水。

（3）总体布置

综合分析水源、地块形状、种植方向、以及现有的道路、林带和供电系统，尽量不改变现状进行滴灌工程规划布置。对项目区13225 亩现有农田实施滴灌，发展高效节水灌溉，根据项目区各地块的所在位置，布置滴灌系统共分为13 个系统。见表2。

3.2.3 管网布置方案

灌溉系统由主干管、分干管、支管、毛管四级管网构成。水源在地块的高位处，管网为“丰字”布置。梳式布置，水源在干管的端点，干管的流量大，管径大，干管长度大，水头损失大，造价高，运行期用电量大，运行成本高。叉式布置，水源在干管的中位，流量向两侧干管分流，干管的流量小，干管管径小，干管长度短，水头损失小，运行期用电量低，运行成本低。在条件具备的情况下，优先选择叉式布置。

3.2.4 轮灌方案

滴灌系统管网结构目前主要有两种，即“支管轮灌”和“长、短支管轮灌”两种布局方式。

（1）方案一（支管轮灌方案）：管网由干管—分干管—支管—毛管组成，干管由首部引出连接东西两侧的干管，分干管垂直于干管布置，支管垂直于分干管布置，分干管、毛管铺设方向与种植方向相同，干管、支管垂直于种植方向。干管、分干管采用UPVC管，埋于地表下；支管采用PE管，通过竖管于分干管连接，铺设于地表；毛管利用按扣三通连接在支管，铺设于地表。竖管通过三通连接两条支管。布置见图3。

表2 尉犁县滴灌区系统划分

图3 支管轮灌方案示意图

（2）方案二（长、短支管轮灌方案）：管网组成同方案一，所不同的是从同一个竖管通过三通一侧同时连接长、短两条支管，即一个竖管同时连接四条长短支管。短支管长度为长支管的一半，长支管前1/2 长度为盲管，后1/2 长度为多孔管，每个支管均由球阀控制。布置见图4。

图4 长、短支管轮灌方

综上，两个方案在轮灌组数相同的情况下，方案二地面支管、管件用量虽然较方案一要多，但地埋管材管件用量比方案一少。两者相较，方案二投资较低；地埋管件折旧年限长，地面管材管件折旧年限短，方案一在年更新费用上略有优势；方案二由于管道连接件多，易丢、易坏，每年保管较为繁琐。从长远发展分析，实行自动化滴灌技术是未来几年的必然趋势。目前，用于控制阀门自动启闭的电磁阀价格很昂贵，方案二的阀门较多，投资必然大于方案一，从长远发展来分析方案二不具备价格优势。因此，管网结构形式选用方案一，即支管轮灌方案。

4 结语

干旱牧区水资源短缺，生态环境恶化已成为制约当地经济发展的重要因素，现状对适宜当地的高效节水灌溉模式和牧区典型节水灌区设计方案的需求与日俱增。因此，开发适宜牧区地形、环境和水资源特点的专用高效节水灌溉模式非常必要。