阜新市节水灌溉工程管网设计及应用探析

□文经纬(阜新市水利勘测设计研究院）

1 工程建设必要性和可行性

阜新市在农业生产过程中，由于当地水资源严重短缺，并且农业灌溉系统不科学、不合理，造成灌溉过程中出现大水漫灌的情况，造成了水资源的严重浪费，不利于阜新市农业生产科学化、可持续性发展要求。而且，在浪费水资源的同时，农业灌溉效果不佳，得不到较好的经济效益。

水利工程建设特别是农业灌溉工程的实践表明，工程在取得良好的效益后，会产生巨大的示范作用和附加效益[4-3]。阜新市节水灌溉项目实施后，有显著的节水效益和经济效益，对附近的区县节水灌溉都有较好的示范带头作用，对推动阜新市节水灌溉发展也是十分必要的。

2 工程概况

阜新市节水灌溉示范工程以细河区黄家沟为示范区，距阜新市区约6 km，距下游四合水库约1.40 km。细河流域及绕阳河流域属温带大陆性季风气候，年平均降水量511.40mm，黄家沟村多年来一直以传统农业种植业为主，主要作物是玉米和花生。黄家沟分区现有水源工程3处，一处为位于项目区北侧的塘坝，深9m，总库容6万m3，巴斯营子河截潜流通过混凝土输水管线与塘坝相连，近几年截潜工程向塘坝的年输水量均稳定在100万m3以上，平均日输水量2740m3/d；另两处位于项目区西侧紧邻四官营子河西支的方塘和紧邻高速公路项目区南侧方塘，长120m，宽35m，深9m，方塘出水量按近似大口井出水量计算约为1908m3/d。

3 节水灌溉工程管网布置

3.1 灌溉管网布置

黄家沟分区节水灌溉面积194 hm2，采用涌泉灌（小管出流）的灌溉方式，灌溉管网工程建筑物级别为5级。根据黄家沟分区水文、地质、地形条件特点，将黄家沟分区分为4个小区，4个小区分别通过泵房中的提水泵加压输送到灌溉管网，直接通过田间配水系统，由小管出流的方式流到果树根部。管网采用干管、分干管、支管、毛管四级配置，输水干管沿小区边东西布置，毛管沿作物行向布置，各级管路相互垂直，干管、分干管、支管埋入地下1.70m。管网布置平面图见图1（黄家沟Ⅱ区典型区）。

图1 管网布置平面图

3.2 轮灌控制面积

黄家沟4个分区按照灌溉面积不同，采取差异化轮灌。Ⅰ区根据系统工作制度，共分2个轮灌组，每个轮灌小区平均控制灌溉面积5.43 hm2，设计流量68.19m3/h；Ⅱ区共分22个轮灌组，每个轮灌小区平均控制灌溉面积2.58 hm2，设计流量132.19m3/h；Ⅲ区共分6个轮灌组，每个轮灌小区平均控制灌溉面积11.80hm2，设计流量136.42m3/h；Ⅳ区共分6个轮灌组，每个轮灌小区平均控制灌溉面积9.28 hm2，设计流量68.19m3/h，见表1。

4 节水灌溉工程管道设计

节水灌溉工程管网设计以Ⅱ区为典型区进行计算和优化设计，其他3个区可按同样方法得出结果。

表1 黄家沟分区轮灌控制设计参数表

4.1 管道流量计算

根据灌溉制度和灌溉方式确定主干管的设计流量132.19m3/h；分干管的设计流量66.10m3/h；支管（双向布置）的设计流量66.10m3/h；竖管的设计流量1.84m3/h，毛管（双向布置）的设计流量1.84m3/h；灌溉小管出流量18 L/h；灌溉小管底部稳流器流量18 L/h。

4.2 管材、管径选择

通过对铸铁管、PVC管材、PP管材、PE管材施工工艺难易程度、价格、运输等因素的综合考虑，确定选择施工方便、价格合理的PE管材。采用热熔连接。

式中：Q—设计流量，m3/h；v—经济流速，1.00～1.50m/s。

根据以上公式，分析计算主干管管径为φ200mm，压力等级0.60MPa；分干管管径φ125mm，压力等级0.60MPa；支管管径为φ125mm，压力等级0.60MPa；竖管管径为φ50mm，压力等级0.60MPa；毛管管径为φ25mm，压力等级0.25MPa；灌溉小管管径为φ4mm，压力等级0.25MPa。管件压力等级应与管材一致。

4.3 极限孔数

式中：Nm—毛管极限分流孔数目；INT—实数取整；△h2—水头允许偏差，[△h2]=β2[△h]；△h—允许工作水头范围，灌水器允许工作水头范围，△h=hd=20m；β2—允许水头偏差分配给毛管的比例，β2=1-β1；β1—允许水头偏差分配给支管的比例，β1=1/[1+L2(α1n1)/L1]0.29；L1—支管距离，L1=142m；L2—毛管距离，L2=40.40m；α1—毛管分布系数；n1—单侧毛管数，n1=36；d—毛管内径，d=20.40mm；K—水头损失扩大系数，取K=1.10；S—分流孔距离，S=0.80m；qd—毛管上单孔设计流量，qd=18L/h。

经计算得毛管极限孔数Nm=139孔。

按分流孔间距0.80m计算，均匀地形毛管最长可铺设174m，如超过了此长度，均匀度就会较差。根据小区地块形状，为了使轮灌便于控制，设计毛管铺设长度为40.40m。同理，可求得支管的极限孔数为85孔，均匀地形毛管最长可铺设340m，设计支管铺设长度为74m。

4.4 水力计算

管网水力计算选择最远处代表性位置进行典型管路水力计算。

毛管进口水头计算按照以下公式：h0毛=hd+hf+hj

式中：h0毛—毛管进口水头，m；hd—小管工作水头，hd=20m；hf—沿程损失，hf=fLQm/db×F；f—水头损失计算的系数，按聚乙烯管，D>8mm取f=0.51；m—水头损失计算指数，m=1.75；b—水头损失计算指数，b=4.75；L—长度，40.40m；Q—毛管设计流量，918 L/h；d—管内径，20.40mm；hj—毛管局部水头损失按沿程水头损失的15%计算；F—多孔系数,查表0.37。

经计算毛管设计进口水头损失为20.79m。

同样计算方式下，可以得出支管、分干管以及干管的进口水头损失。经计算得，支管设计进口水头损失为22.32m，分干管设计进口水头损失为26.38m，干管设计进口水头损失为49.36m。

由以上分析，另外过滤器经查得8m，其它管件水头损失取2m，方塘深9m，首部损失h首＝19m。

Ⅱ区总扬程为H=h0干+h首=68.36m。

根据Ⅱ区计算公式，可得Ⅰ区总扬程为H=h0干+h首=76.72m；Ⅲ区总扬程为H=h0干+h首=63.35m；Ⅳ区总扬程为H=h0干+h首=59.40m。

4.5 水泵选型

根据水源型式、管网设计流量及水力计算等情况，选用维修和使用方便的潜水泵。泵型选择如表2。

表2 水泵型号及参数表

5 结语

通过阜新市项目区节水灌溉工程管网设计，有力地推进了节水灌溉工程的顺利推进和实施，在工程产生良好经济效益的同时，也产生了较好的社会效益和生态效益，农民收入得到大幅提高，水资源利用率也得到了较大提升。同时，耕地土壤结构得到改观，避免了土壤的次生盐渍化和耕地养分流失，提高了耕地利用效率，有力地解决了农业生产与水资源短缺的矛盾，提高了项目区农作物产量和质量，也为阜新市今后节水灌溉工程的发展起到了很好的示范作用。

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[2]彭世彰,丁加丽.国内外节水灌溉技术比较与认识[J].水利水电科技进展,2004（04）:49-52+60.

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[5]王文新.自动控制技术在园林节水灌溉中的应用[J].电子制作,2013（05）:67.