石渠县牧区饲草料地高效节水灌溉项目喷灌方式设计及应用浅析

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(四川省水利电力工程建设监理中心，成都，610072)

1 项目及项目区概况

四川是一个水资源总量相对丰富的省份，但由于时空分布不均，导致局部地区水资源短缺，水旱灾害频繁，特别是在高原地区日趋突出，水资源的短缺正逐步制约着高原特色农牧业的发展。四川省牧区饲草料地的建设是在近20年开始提出并发展的，特别是近10年来，牧区水利发展迅速，陆续开展了较大规模的高效节水灌溉项目建设，发展规模化节水灌溉饲草料基地，着力解决牧区的水问题和草问题。

石渠县位于四川省最北端，北纬32°19′～34°20′，东经97°20′～99°16′，地处青藏高原东南缘的川、青、藏三省区结合部，距康定696km，距成都1070km，境内平均海拔4000m，年均总降水量570.6mm，年均气温在-8.7℃～5.6℃之间，平均蒸发量为1312.6mm，平均无霜期只有21.1d，平均风速为2.6m/s。全县除南面金沙江河谷地带有农耕地0.32万hm2、林地0.57万hm2外，其余地区都是草原，可利用草地面积190.83万hm2，占土地总面积的75.91%，有“四川省第一畜牧业大县”之称，畜牧业是农牧民的主要经济来源。石渠县是长江、黄河两大水系上游发源区，长江水系雅砻江和金沙江两大主干流纵贯全境，黄河源区支流“查曲河”跨及县域北部。

2 项目建设的必要性和可行性

石渠县牧区环境条件十分恶劣，草地生态先天脆弱，全县畜牧业基础相当薄弱。牧区的抗灾保畜打贮草基地缺乏，草产业规划滞后，产业体系不健全，草地生产力水平低，冬季牲畜因饥饿死亡率较高，季节性供需矛盾非常突出，草料加工不足，市场机制缺失，缺乏草业龙头企业和产品品牌，草产业尚处于起步阶段；草地经营管理粗放，自然灾害频繁，牧草产量低，严重制约了牧区经济社会的发展。

畜牧业的可持续发展依赖于草业生产，没有草业的大建设就没有畜牧业的大发展，石渠县畜牧业正在由传统畜牧业向现代畜牧业转变，不仅注重提高产量，还强调产品品种内在质量，因此对牧区草场灌溉提出了“精细”的要求。自2012年以来，全县连续实施小型农田水利项目和生态功能区转移支付资金建设项目，在节水灌溉方面有了良好的基础，并取得了一定的经济效益，对牧区农牧民的经济收入和藏区稳定起到了较大的促进作用。

3 建设内容及工程设计

3.1 建设内容

建设牧区高效节水灌溉面积70hm2，采用喷灌方式。项目区位于石渠县长须干玛乡，主要种植牧草。项目区根据地形，划分为6块灌溉小区，每块灌溉小区面积为10hm2～13.33hm2。共新建取水大坝1座，新建沉沙池1座，新建灌溉调节池1座，铺设灌溉管道9.1km，安装离心式过滤器6套、阀门330个、阀门井162个。工程等别为Ⅴ等，主要建筑物等级为5级，次要建筑等级为5级。水源位于雅砻江的一级支沟，灌溉保证率为85%。

3.2 取水工程设计

由于水源为溪沟水，采用重力自流方式引至灌区，设计在水源处修建混凝土重力拦水坝，大坝主要由溢流段、非溢流段、边墙及消力池等组成。为确保灌溉区灌溉季节水量和灌溉喷头的正常使用，在取水大坝下游右侧修建沉沙池和灌溉调节池各1座。沉沙池型式采用条带形结构型式，前端采用管道引水，沉沙池进口段采用双侧扩散布置，同时设置与池厢潜没隔墙相对应的导流墙，池厢横断面采用矩形断面；灌溉调节池为方形，深4m；两座构筑物均采用C25钢筋混凝土结构。

3.3 灌溉工程设计

根据项目区地形情况、工程投资、运行管理难易度、人员技术水平等方面进行比较，结合项目区农牧民文化水平和劳动力实际情况，确定在本项目区采用固定管道式喷灌是最简单、最合理、最便于操作的灌溉方式。

表1 牧区饲草料地常用灌溉模式技术特点

3.3.1 灌溉制度的拟定

项目区土壤为草甸含砾石砂壤土，土壤干容量1.32g/cm3，田间持水量(重量百分比)22%，牧草日最大需水量4.0mm/d，计划湿润层深35cm。根据《喷灌工程技术规范》(GB/T50085-2007)4.3.2条，设计灌水定额为：

m喷灌=1000γh(β1-β2)

式中：m喷灌——设计净灌水定额，mm；

γ——土壤容重(g/cm3)，取值1.32g/cm3；

h——计划湿润层深度(m)，取值0.35m；

β1——适宜土壤含水量上限，取田间持水量的90%；

β2——适宜土壤含水量下限，取田间持水量的62%。

经计算，确定本次设计灌水定额取值为24m3/亩；

3.3.2 灌水周期

根据灌水临界期作物最大日需水量值，按下式计算理论灌水周期。因实际灌水中可能会出现停水、配水设备故障等原因，故设计灌水周期应小于理论灌溉周期。

T理=m/ETc喷灌>T设

式中：T理——理论灌水周期，(d)；

ETc喷灌——控制区内牧草最大日需水量，4.0mm/d；

T设——设计灌水周期，(d)；

m——设计灌水净定额，mm。

经计算，T喷灌=35.9×0.85÷4.0=7.6d，取T设=7d。

3.3.3 设计流量

灌溉系统设计流量，按下式计算：

式中：Q——喷灌系统设计流量，m3/h；

qp——设计工作压力下的喷头流量，m3/h；

np——同时工作的喷头数目；

ηa——管道系统水利用系数，取0.95；

经计算，灌溉系统设计流量Q0=144m3/h。

3.3.4 喷灌系统设备

喷灌系统设备主要由过滤器、闸阀、灌溉管道、喷头等组成。

3.3.5 喷头选型与组合

3.3.6 喷灌工作制度

根据项目区的实际情况，结合种植的牧草种类和种植方式，从降低工程投资、提高人工控制灌水的工作效率出发，采用轮灌的方式。经计算，喷点工作时间3.29h，每个小区同时运行支管数①或②根交互排列，即每个小区6个喷头。

3.3.7 管道选材及管径计算

综合考虑项目区实际情况，并通过对各种管材特性、经济等进行比较和选择后，确定灌溉管道采用PE管。管径的确定采用经济流速法，选取管道经济流速=1.5m/s，按下列公式计算管径：

式中：d——管道计算直径(内径)，mm；

ν——管道内的经济流速，m/s；

Q设——计算管段的设计流量，m3/h。

3.3.8 管网水头损失计算

比较两组患者护理结果，研究组进食时间、排气时间及血糖值均优于对照组，差异有统计学意义(P＜0.05)，见表1。

管道沿程水头损失，按下式计算：

式中：hf——沿程水头损失，m；

f——摩阻系数，f=0.948×105；

L——管长，m；

Q——流量，m3/h；

d——管内径，mm；

m——流量指数，m=1.77；

b——管径指数，b=4.77。

管道局部水头损失，近似按沿程水头损失的10%计入。

3.3.9 喷灌支管喷头压力校核

本次工程喷灌支管设计为单根支管最大为6个喷头，喷头压力校核采用以下方式：

式中：hw——同一支管上任意两个喷头间支管段水头损失，m；

F——多口系数；

N——喷头数；

X——多口出流支管首孔位置系数，即自该段支管入口至第一个喷头的距离与喷头间距之比；

m——流量指数，PE管取1.77；

△Z——与hw对应的两喷头的进水口高程差；

hj——局部水头损失，取10%；

hp——喷头设计工作压力，m。

经计算，单个支管最大喷头水头损失为4.01m，能够满足喷灌的要求，且任意两个喷头之间的工作压力差在设计喷头工作压力的20%之内。

3.3.10 防冻设计

本工程区属高海拔亚寒带气候区，全年平均气温在-8.7℃～5.6℃之间，因此，需进行防冻设计，主要措施为：

(1)管道铺设防冻：采取的防冻措施为铺设在冻土层1.8m以下；

(2)排空管道内积水：采取的措施为支管铺设时应坡向铺管，并在每个区域的干、辅末端设置排空阀，管理人员在不运行系统时，开启排空阀，把管道内的积水排空；

(3)采用防冻混凝土：施工中，在混凝土中添加抗冻剂，达到抗冻要求。

4 项目实施后的效益

4.1 经济效益

项目建成后，将建成70hm2牧区草原节水灌溉区，结合该区域畜牧局和林业局项目的整合措施后，鲜草产量亩净增产168kg，年增产鲜草17.64万kg，折合干草亩净增产42kg，年增产干草4.41万kg，按石渠县2016年干草价格2.5元/kg计，将年增加产值11.03万元。

4.2 生态效益

项目实施后，将有利于水土保持和生态环境的改善，草原生态的自然修复，使人与自然更加完美的结合，协调发展。对保护生态平衡，促进生态系统的良好循环具有十分重要的作用。

4.3 社会效益

项目实施后，提高了灌溉水利用效率，从而节约了水资源，且不仅为广大农牧民群众安居乐业、发展生产、脱贫致富创造了条件，为石渠县草原自身建设提供了保障，为轮牧、休牧打下了坚实的基础，减轻了天然草场的载畜量，为天然草场的自然恢复创造了有利条件。同时也为发展地方民族经济，促进社会主义的两个文明建设，进一步密切党群、干群关系，树立政府威望，维护社会稳定提供了可靠保障，是一项利国利民的德政工程。

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