康保县京津风沙源节水工程的设计与施工

□樊林果

康保县京津风沙源节水工程的实施可以使当地林草面积达到宜林宜草面积的80%以上，土地利用率达到80%以上，拦沙保土效率超过70%，经济效益增加15%左右。通过节水工程的建设，充分利用当地的地下水资源，改善康保县项目区生产生活条件，扩大水浇地面积，增加农作物产量，同时全面建设节水工程也能对京津地区风沙源进行全面有效的治理。

1.工程基本情况

1.1 工程概况

康保县隶属河北省张家口市，气候为典型的温带大陆性气候，年平均气温仅为1.2°C，年降水量为360mm 左右，全年6 级风速以上的风日为60 天左右，由于降水量稀少，所以康保县干旱严重，全县河流水系以季节性河流为主。康保县气候寒冷，大风较多降水量稀少，水资源匮乏，土地荒漠化严重，是京津地区风沙的主要来源。因此，推进普及和发展节水工程对康保县来说是必要而迫切的。

康保县京津风沙源节水工程的主要项目区为哈咇嘎乡义合堂项目区以及满德堂乡秦家营项目区，两处项目区的项目建设总规模为：膜下滴灌控制面积1125 亩，其中铺设地下管网PVC-U管10730m，地上管网PE 管12040m，内嵌式滴灌带75.9 万m。

1.2 基本资料

义合堂项目区土地类型主要以钙栗土为主，农作物主要有莜麦、菜花、西兰花、青尖椒等，秦家营项目区属于栗钙土，有部分草甸土，耕地均为褐土，农作物主要有莜麦、土豆、青尖椒等。

根据两个项目区周边机井资料分析，当地地下水均满足开采需要。地下10m～25m 为风化岩碎石，含水层岩性弱，基岩裂隙含水层在60m 深度内，厚10m～20m，含水和透水性较好，项目区所用10 眼机井出水量均满足25t/h。

2.节水工程设计

2.1 设计原则

增产增收原则。康保县气候干旱少雨，农民从事农业种植靠天吃饭是远远不够的，康保县京津风沙源节水工程建设能够最大程度利用水源，使农作物得到充分浇灌，最终帮助农民实现增产增收目的。

经济性原则。节水工程的设计要结合项目当地实际发展，根据两个村的实际情况，在设计中进行多种方案对比，在保证实际效果的同时还要做到节省建设资金以及后期维护、运行费用。

表1 水土保持工程经济效果表

方便性原则。节水工程建设之后的操作和维护都要当地村民来进行，由于当地村民一直以来采用大水漫灌的灌溉方式，操作极其简单但对水资源浪费极大，村民习惯简单的操作方式，如果设计复杂的节水灌溉流程，将不方便村民后期对其进行管理以及实际的灌溉操作，故在设计中要坚持方便性原则。

2.2 设计参数

此次节水工程的设计结合两村实际条件和种植情况，设计参数选择如下：义合堂村和秦家营村3 个地块日耗水强度Ea=4.0mm/d；土壤湿润比P=70%；湿润层深度：30cm；灌溉水利用系数：η=0.9。

2.3 管道布设原则

管道布设首先要考虑两村主要种植农作物为莜麦和土豆，两种作物在生长过程中灌溉需求不同，要根据具体地块建设合适的输水干管。其次，管道布设要结合地形地貌，做到因地制宜，尽可能缩短管道建设总长度，尽量规避地块附近建筑物等。第三，管道在铺设过程中尽量做到平顺，减少因塌陷造成的管道扭曲以及可能出现的渗水。最后，由于康保县年平均气温较低，所以为了防止管道冬季冻害，所有输配干管均采用地埋式。

2.4 灌水器选择及管网布置

根据目前国内灌水器的种类和水力性能，项目采用滴灌带，管径Φ 16mm，工作压力10m，流量2.0L/h，滴头间距0.3m。滴灌带选择完毕之后，要根据义合堂村和秦家营村项目地块地形、水源情况以及农作物种植区域选择布设方式，并考虑灌溉均匀度等因素，综合各种因素选择最合适的布置形式。根据对两个项目3 个地块的实地考察，最终确定节水工程管网布置具体的流程：井—管道—泵站—过滤器—施肥罐—干管—分干管—出地竖管—支管—毛管。

2.5 灌水定额及灌水周期设计

灌水定额主要是根据项目地具体农作物生长的需求为基础进行设计的。计算公式为：

式中：

ms—设计灌水定额(mm)；

h—土壤计划湿润层深度，取h=30cm；

γ—土壤容重，g/cm3，取1.4g／cm3；

p—设计土壤湿润比，取70%；

β1—土壤适宜含水量上限，取90%；

β2—土壤适宜合水量下限，取60%。栗钙土田间持水量为重量的17%～30%，取25%。经过计算得出滴灌灌水定额为20.29mm。灌溉水利用系数0.9，则毛灌水定额为22.54mm。

灌水周期计算公式为：

式中：

ms—设计灌水定额（mm）；

Ea—设计耗水强度，取值3mm。

经计算，T=6.76d，灌水周期取6.5天。一次灌水持续时间用此等式计算：

式中：

ms—设计灌水定额(mm);

Sr、St—分别为植物的行距、株距，Sr=0.9m，St=0.3m；

q—灌水器流量，q =2L／h;

经计算t=3h。

2.6 轮灌组数确定

根据井的出水量以及管道的控制流量确定轮灌组数。义合堂项目区地块共有分干管12 条，每条分干管控制3个给水栓，共有给水栓36 个。每个给水栓控制两条支管，支管长度50m，根据不同区块，具体考虑支管辅支管以及毛管的管网组成，每条毛管长度75m～100m。根据给水栓的数量以及支管和辅助支管的管网结构，最终确定轮灌组为48 组。

2.7 首部枢纽装置选型及泵型选择

首部枢纽主要包括过滤器、施肥灌、恒压变频装置。过滤器关乎输水质量，所以必须根据水的流向进行安装，施肥灌要安装在逆止阀的后面，否则施肥灌将不起作用。此次典型系统水源为井水，因而选择离心式水沙分离器与筛网过滤器的组合，规格为4″，施肥系统选用容量为50L 施肥罐，恒压变频装置根据经济性原则选用国产设备。为把肥料吸入微灌管道中，施肥罐一般需要7m～14m 的水头损失，此处首部损失取10m。

水泵泵型的选取主要根据设计流量以及扬程。水泵设计扬程的计算公式为：

式中：

H—设计扬程（m）;

hd—工作水头（m）;

hz—管网水头损失（m）;

ΔZ—动水位埋深（m）。

此次典型地块原有水泵型号为175QJ-32-104，根据计算该水泵满足设计要求。

3.节水工程施工

3.1 施工量的确认

康保县此次节水工程共发展膜下滴 灌12040m，铺 设PE 管 道12040m，PVC 管道10740m，用内嵌式滴灌带75.9 万m，排水井14 眼，控制面积1125亩。总工程量9984m3，其中土方开挖4992m3，土方回填4992m3。

3.2 施工工艺和方法

施工工艺和方法是实现节水工程设计的关键，一个好的施工能延长节水工程使用寿命，同时能避免后期出现的一系列问题，从而节省维护费用。

3.2.1 管沟开挖

根据当地土质特点，选择小型挖掘机与人工配合的方式进行作业，管沟开挖既要满足工程设计需要，也要选择适合时间，尽量避免与农作物耕种时期重叠，并且管沟开挖的挖土堆放既要做到方便回填，又要做到少毁坏农田庄稼。

3.2.2 材料的检验与堆放

管材质量好坏直接关系工程效果，所以在管材进入现场施工前要对管材进行详细检验，管材规格质量等检验完毕之后，要对管材进行合适堆放，防止管材变形老化，将相同规格管材集中堆放，方便后续工作人员施工，保证施工速度。

3.2.3 管道安装

管道的安装程序为准备—清理—上胶圈—刷润滑剂—对口插入—检查。管材安装前要将型号、工具、安装材料准备齐全，并将所有待安装的管道工作面清理干净，避免发生接口处渗水、漏水情况，胶圈注意安装方向禁止使用油类润滑剂。最后对安装过程进行检查，确保管道安装完好。

3.2.4 管道试压

管道安装后要进行耐水压实验，管道经过升压达到试验压力之后保持10min 左右，在此过程中观察管道压力下降的情况，如果管道压力下降超过0.05Mpa，则表明管道出现渗漏，随后进行渗水量实验。

3.2.5 设备安装

管道安装完毕、试压合格之后，进行滴管系统以及机电设备等设备的安装，安装前需对所有设备和工具进行检查，安装时需注意接口的方向以及密封等问题。

3.3 施工注意事项

施工过程中如遇到无法达成设计方案要求的情况，要及时与项目设计人员进行沟通，对项目设计方案进行优化。施工过程中要结合农业生产季节性的特点，选择农闲时节进行项目建设施工，最大程度避免因施工对农田庄稼的破坏。同时，由于施工现场需要应用大量的挖掘机装载机等大型机械设备，项目作业地毗邻村庄，在施工过程中要做到及时的疏导，避免无关人员进入施工现场。同时，在水井边以及挖掘好的基坑管沟附近设置警示牌，当天施工结束之后拉好警戒线，避免出现人员跌落等意外情况。

4.节水工程效益

此次康保县节水工程的总投资为75 万元，在建设之前要对节水工程产生效益进行充分分析论证。两村通过滴灌节水工程的建设，大大减少了土地的灌溉成本，据测算，节水工程的实施，每公顷灌溉用量可降低到165m3，节水率75%。按作物全育期内实施6 次灌溉，每公顷年可节约用水1500m3，1125亩农田年可节约用水11.3 万m3，按水0.5 元/m3计算，年节水效益6 万元。同时节水工程的实施，有效促进了当地农民的增产增收，增加了人均收入。

5.结语

康保县京津风沙源节水工程的实施，可有效满足当地群众灌溉需求，促进当地农业稳定发展，同时节水工程大大减少农业用水数量，对地下水形成保护。节水工程使当地不再为灌溉问题发愁，在农作物的选择上更为广泛，可以种植经济效益较高的农作物，实现土地增产，土地增产一定程度上促进了其他耕地的退耕还林、退耕还草，增加了林草覆盖率，保持了水土，改善了当地气候条件，大幅减少京津地区沙尘来源，为京津撑起绿色屏障。□