蒙山县屯巴山灌片高效节水灌溉工程设计

叶 慧

（广西桂禹工程咨询有限公司，南宁 530023）

蒙山县屯巴山灌片高效节水灌溉工程设计

叶 慧

（广西桂禹工程咨询有限公司，南宁 530023）

介绍了蒙山县屯巴山灌片高效节水灌溉工程的基本情况，论述了灌溉方式、供水方式、管材比选情况。选定了低压管灌、水泵加高位水池供水、PE管道的节水灌溉方式，并根据现有地形、地质、水源条件、作物种植结构等条件，在连片面积4 000亩的蜜柚种植区范围内论述了低压管灌的灌溉制度、高位水池及管网布置设计。

高效节水；低压管灌；灌溉制度；设计

1 工程概况

蒙山县属亚热带季风气候区，县境内气候温和，雨量充沛，雨热同季，夏季长，酷热；冬季短，无霜期长。项目区涉及蒙山县新圩镇古定村、四联村、谢村村，距离新圩镇政府15 km，距离蒙山县城25 km。灌区西起四联林场、东到屯巴茶场，北起屯巴茶场古定，南到谢村村界，灌片面积0.4万亩。项目区原为荒山，2009年由广西惠丰农业发展有限公司承包种植蜜柚。目前项目区内已铺设有约5.2 km输水干管及37座水池（30 m3/座），输水干管仅将山塘水输送至水池，蜜柚地内未铺设管路，由于部分水池修建位置较高，有12座水池水无法送达。

2 工程设计

2.1 灌溉方式比选

目前，节水灌溉方式主要有渠道灌溉、滴灌、喷灌及低压管道灌溉。

渠道灌溉对地形要求最高，其坡度不能超过5°；滴管能适应地形坡度15°以下的地区；喷灌对地形坡度要求较小，但不应大于25°，当地面坡度较大时，允许喷灌强度将会降低；低压管灌对地形要求最低，能适应各种地形。

灌溉方式的选择还需考虑运行成本和工程建设成本，各种灌溉方式的运行成本和工程建设成本如表1所示：

表1 灌溉运行成本和工程建成成本 元/亩

项目区的土地多为起伏不定的丘陵且地势较高，不宜采用渠道灌溉；喷灌受风的影响较大、蒸发损失大，且一次性投入大，本项目在山区风大，不宜采用；滴灌存在投资大、管道和滴头易堵塞等缺点。采用低压管灌的优势在于：

（1）适应性强。低压管灌系统利用一系列塑料管道输水配水，管材轻便，结构简单、布设容易，能适应各种复杂地形。

（2）不影响其他农事活动。由于低压管灌地面工程的部分只有出水栓，而每个出水栓灌溉的面积达3.75亩，对机械耕种影响不大，方便了田间管理。

（3）投资小，成本低。低压管灌可以节约投资，不像喷灌需要喷头，且对水管的承压能力也要求较高，也不像滴管，需要滴头、铺设毛管和辅管，因此采用低压管灌可节约投资。

因为低压管灌在当地比滴灌、喷灌具有很大的优越性，因此本项目高效节水灌溉方式采用低压管灌。

2.2 供水方式比选

本工程水源为屯巴山山塘，山塘地势较高，项目区内2 960亩蜜柚地可通过管道自流灌溉，仅有1 040亩蜜柚地需抽水灌溉。目前，高效节水灌溉工程抽水灌溉供水方式主要有水泵+高位水池供水和水泵直供等两种方式。根据节省能源、合理设计的原则，针对项目区实际情况进行供水方式比选，确定方案。

由于屯巴山灌片面积较小，总灌溉面积0.4万亩，其中能利用山塘水自流灌溉的面积达2 960亩，仅有1 040亩蜜柚地需要加压进行灌溉。采用变频水泵直供难以保证水泵在高效区内运行，能耗太大。采用高位水池供水由于供水水头及供水量基本不变，可以保证水泵在高效区内运行，降低了能耗。根据调查项目区内有较高的山坡，在山坡修建高位水池就可满足自流灌溉。结合本灌片实际情况，既方便运行管理、又保证整个灌片长期高效运行，本次设计选用水泵+高位水池的供水方案。

图1 总平面布置图

2.3 管材比选

目前，可用于较大供水使用的管材较多，有预应力（自应力）钢筋混凝土管、玻璃钢管、铸铁管、塑料管。根据项目的具体情况综合对比后确定。

（1）钢筋混凝土管。钢筋混凝土管与钢管和铸铁管相比，具有省钢材、造价低、耐腐蚀、寿命长、刚度好、不污染水质等特点，在同荷载、同直径条件下，比钢管节省钢材70%左右。缺点是自重大、管材性能不均匀、较易爆管、接头防渗性能差。主要用于地基较好、地形平坦、中低水压条件下的供水管网。管径为110 mm，厚度为5 mm的钢筋砼管的单价约为60元/m。

（2）玻璃钢管。玻璃钢管是近年来广泛应用于供水行业的新兴管材，主要由疏璃钢丝和树脂等高强复合材料制作而成，主要优缺点如下：①主要优点：糙率小，输水能力强；重量轻，运输安装方便；强度高，耐内压性能好；耐腐蚀性能好；使用寿命长；价格较便宜；②主要缺点：供水保证性差；抗外压能力差；管道配件加工困难，配件价格昂贵；对基础要求较高；长期使用安全性能会降低。管径为110 mm，厚度为5mm的玻璃钢管的单价约为85元/m。

（3）钢管。钢管是传统的供水管材，具有整体性好，管道无明显薄弱环节，适应于较复杂的地形安装，但因其造价高，防腐差，使用寿命短等缺点比较明显，一般仅用于穿越障碍物地段。管径为110 mm，厚度为5 mm的钢管的单价约为73元/m。

（4）铸铁管。铸铁管是较早应用于供水工程的管道，其具有机械性能好，供水事故率低，维修费用少，管配件齐全，接口容易等优点，但造价高，防腐性能差。管径为110 mm，厚度为5 mm的铸铁管的单价约为40元/m。

（5）塑料管。塑料管的优点：造价较低，加工费用较低，小管径上具有价格优势，糙率小、输水能力强且稳定，塑料管表面光滑，不易腐蚀；机械性能好，连接方便经济，可随便切割加工；重量轻、运输安装方便，吊装设备简单，较小管径现场人力便可解决吊装就位问题；抗腐能力强，不需要防腐处理，整个管材材料均匀，均为塑料加工而成，其防腐性能好，主要忌紫外线和长期暴晒，埋地寿命达30年以上。缺点是受温度影响明显，当温度为30℃时，应乘以0.87的折减系数，40℃时乘以0.74的折减系数；塑料管对填土的质量要求较高，否则易引起局部变形，尤其是弯道段，增加了管道的内应力与内水压相叠加，如超过管材的允许应力则易爆管。因此在选择公称应力时应留有一定的余度，以适应温度、地基沉陷、填土不实、不均匀等外界因素的影响。管径为110 mm，厚度为5 mm的塑料管的单价约为31元/m。本项目干支管管径均低于400 mm。本项目需要管材约69 km，拿本项目用量最多的管径为110 mm的管材做比较，各种材质的管材投资比较如表2所示：

表2 各类管材投资比较表

由表2可知，采用塑料管相比其他材质的管材可节约较多投资。

根据上述对各种管材的综合对比，考虑本项目处于农村地区，项目地质地形条件复杂，局部地段属于土石山区。选择供货安装较易，管配件齐全，经济合理，在满足施工进度要求前提下，考虑施工方便，维护费用等因素，经综合上述各种管材性能、价格、结合工程的具体情况，本工程选用塑料管（PE管）作为输水管。

2.4 灌溉制度

（1）种植结构。根据当地农业发展规划，项目区内以种植蜜柚为主。屯巴山灌片共发展高效节水灌溉0.4万亩，灌溉方式为低压管灌。

（2）最大净灌水定额。根据《广西小型农田水利工程规划设计导则》和《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2006），灌溉设计灌水定额可采用公式计算，设计净灌定额成果见表3。

表3 设计净灌水定额计算成果

（3）灌水周期。本次计算搜集到蒙山气象站85%保证率对应年份1972年的逐日降雨、蒸发资料，采用水量平衡分析法进行逐日补充灌水量计算，得时段的最大平均补充灌溉强度Ia=1.62 mm/d。灌溉最大灌水周期T=7.09 d，设计灌水周期取7 d。

（4）设计灌水定额。根据灌水周期，设计灌水定额成果见表4。

表4 设计灌水定额计算成果

（5）设计灌水时间。计算得，一次灌水延续时间为5.06 h，取5.0 h。

（6）灌溉制度。计算得，允许最大轮灌组数为16组，取16组。

（7）灌区内流量。已知项目区设计灌溉面积为0.4万亩。计算得到本次项目的设计流量。按照蜜柚每年灌溉8次，计算项目区的需水总量。灌水率为0.32 m3/s⋅万亩。计算结果见表5。

表5 项目区灌溉需水量计算表

2.5 管网布置

输水线路选择原则：①尽量做到线路短、起伏小、土石方工程量少、造价经济、少占农田，不占房屋，避免移民安置；②线路走向和位置尽可能沿现有道路敷设，方便施工和运行管理。

为了少占耕地，节约土地资源，同时避免硬塑管遭受人畜破坏，输水管采用埋管布置，管顶最小埋深为0.6 m。

本项目管网结构主要包括：山塘（水池+移动泵）—干管—分干管—支管。其中干管与分干管、分干管与支管布置型式采用梳子型或“丰”字型，干管、分干管、支管均为地埋管。

（1）支管布置：支管垂直于分干管，采用PE管，埋设于地下，支管通过立管给给水栓配水，为了便于灌溉控制，每条支管在首端设置阀门控制。

（2）分干管布置：分干管垂直干管，采用PE管，埋设于地下。在每个轮灌系统的分干管首端设置闸阀井，井内设有阀门控制。

（3）干管布置：干管根据总体布置要求沿现有道路布置，采用PE管，埋设于地下。

2.6 水池设计

本工程新建14座高位水池，依次为1#～14#水池，其中250 m3水池1座、50 m3水池3座、30 m3水池10座。250 m3水池采用钢筋砼心墙外砌砖墙，池深3.8 m；50m3、30m3水池采用砼心墙外砌砖墙，池深2.5m。

（1）1#～10#水池。目前项目区内已建有30 m3水池37座，由于水池分布不均匀，本次设计根据项目区实际情况增设10座30 m3水池，依次为1#～10#水池，主要布置在项目区内地势相对较高的位置，在高水位时将水蓄满，低水位时项目区内一些无法自流灌溉的蜜柚可利用水池水进行灌溉，其中3#、5#、10#兼作为输水干管调压池（项目区局部地势较低，水压较大，通过水池调压，可降低管道压力等级，减小投资）。

（2）11#水池。11#水池为J04灌水系统供水水池，J04灌水系统灌溉面积为170亩，灌溉需水量为21.6 m3/h，由水池容积按满足灌水系统2～4 h的灌水量设计，即V=43.2～86.4m3，故确定水池容积为50m3。

（3）12#水池。12#水池即为J01、J02、J03等3个灌水系统供水水池，又作为11#水池加压泵（E输水管移动泵）的进水前池，J01、J02、J03等3个灌水系统灌溉面积为610亩，灌溉需水量为74.8 m3/d，E输水管移动泵设计流量为21.6 m3/h。水池容积按满足灌水系统2～4h的灌水量及水泵运行15min的需水量计算，V=155～304.6 m3，故确定水池容积为250 m3。

（4）13#水池。13#水池为J05灌水系统供水水池，J05灌水系统灌溉面积为130亩，灌溉需水量为17.3 m3/h，由水池容积按满足灌水系统2～4 h的灌水量设计，即V=34.6～69.2 m3，故确定水池容积为50 m3。

（5）14#水池。14#水池为J06灌水系统供水水池，J06灌水系统灌溉面积为130亩，灌溉需水量为17.3 m3/h，由水池容积按满足灌水系统2～4 h的灌水量设计，即V=34.6～69.2 m3，故确定水池容积为50 m3。

3 结语

目前该项目正在实施中，该项目结合蒙山县的特色经济，大力发展“水果上山”项目，在连片面积4 000亩蜜柚种植基地发展高效节水灌溉项目，设计采用成本较低又能达到高效节水目的灌溉方式——低压管灌，结合输水管网可实现水肥一体化，达到节水、省肥、省工、省力、降低湿度、减轻病害、增产高效的效果。

（责任编辑：刘征湛）

Design of efficient water-saving irrigation project for Tunbashan irrigation zone in Mengshan County

YE Hui
（Guangxi Guiyu Engineering Consultant Co.Ltd.,Nanning 530023,China）

An introduction was made on the efficient water-saving irrigation project for Tunbashan irrigation zone in Mengshan County.The author discussed the irrigation mode,water supply mode,comparison and selection of pipe material,based on which low pressure pipe irrigation,combined water supply mode incorporating pump and el⁃evated water tank,PE pipe material were determined.For a pomelo planting zone with a contiguous area of 660 acres,low pressure pipe irrigation system,elevated tank and pipe network were designed according to the topogra⁃phy,geology,water sources and planting structure.

Efficient water-saving;low pressure pipe irrigation;irrigation system;design

S27

B

1003-1510（2016）02-0060-04

2015-02-01

叶 慧（1982-），女，广西贺州人，广西桂禹工程咨询有限公司工程师，学士，从事水利水电工程设计工作。