滴灌支管+辅管轮灌模式在和田地区的应用

邰春亮

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

近年来，滴灌灌溉技术在新疆发展迅速，应用范围日益广泛，和田地区自2012年实施农业滴灌高效节水工程以来至2018年，滴灌灌溉工程灌溉面积不断增加，实践证明，滴管技术的推广应用对于地区水资源利用水平的提升、粮食增收、旱灾抵御能力的提高等效果十分明显[1]。在节水灌溉工程规模化发展的过程中，滴灌工程管网布设通常采用支管轮灌模式，但是在实际应用中一些问题不断凸显，例如支管轮灌工程施工难度较大，为防冻胀而增加主管路埋深使土方工程量大大增加，单井出水量受区域水文地质影响而减小，田间出水栓遭破坏的现象普遍，严重影响灌溉效率。与此同时，自发使用节水灌溉技术的农户不断增多，支管轮灌模式在具体应用中受到很多限制，随着田间毛管流量增大，支管轮灌必须选用直径更大的支管与干管，投入大大增加。支管+辅管轮灌模式也就是在支管上增加与之平行的辅管，并以辅管作为轮灌组基本灌溉单元，支管上灌溉单元的增加使单位灌溉面积缩减，阀门和连接的管件增多，增加了灌溉系统管理强度和可靠性，能更好地发挥节水灌溉工程效益。

1 研究区概况

新疆和田地区地处塔里木盆地以西，呈典型的大陆性暖温带干旱沙漠气候，北邻阿克苏地区，南接巴音郭楞自治州，西连喀什地区，见图1。总体而言，和田地区地势南高北低，由于地处塔里木河上游区域，中部地区主要为已开垦耕地，地区总用水规模中农业用水占95.97%。和田地区年平均气温为13.9℃，降水量年平均54.1 mm，全年内日照总时数2645.5 h，区域内共分布有和田河、喀拉喀什河、克里雅河及玉龙喀什河等河流，上述河流均由昆仑山脉冰雪消融补给。和田地区土壤具备较高的垦殖性和较大的开发潜力，土壤沙性较重，保水保肥能力不强，肥力低下，耕地土壤主要为灌淤土。

截至目前，和田地区大中小型水库工程共49座，总库容和兴利库容分别达6.761亿m3和3.143亿m3，建成引水渠首53座，水闸345座，堤防工程884.56 km。干渠、支渠、斗渠、农渠总长度达33644.1 km，渠道防渗率约53.5%，各类渠系建筑物修建数量185262座，机井2870眼，其中农用机井2634眼。和田地区现状年灌溉总面积达到46.95万hm2。其中节水灌溉面积18.74万hm2，高效节水灌溉面积占比仅有4.3%。2018年和田地区灌区干渠、支渠、斗渠三级灌溉渠道防渗率55.8%，渠系水利用系数仅有0.54，灌区标准沟畦灌占比84.8%，灌溉水利用系数仅有0.458[2]。

图1 和田地区概况

2 滴灌支管+辅管轮灌模式的应用

2.1 滴灌支管+辅管轮灌模式的应用

项目区土地集中连片，滴灌工程于2013年实施，灌溉面积955 hm2，灌区内井眼40个，单井每小时出水量为45 m3～55 m3，滴灌支管、辅管轮灌布置见图2和图3，单井控制面积为400 m×400 m，灌溉系统采用支管+辅管轮灌模式，支管采用φ63PE管铺设于地面，并安装暗扣三通，滴灌带按70 m单侧长双向型布设，间距1.3 m，单支管控制灌溉面积0.42 hm2，由单元入口球阀单独控制。通过一个与地埋分干管相连的出水立管控制两个支管轮灌单元，地埋分干管采用单侧长度为70 m的φ63PVC管，并在单侧长475 m的φ90PVC地埋干管对称布设。

滴灌支管+辅管轮灌管网工作过程中，墨玉县喀瓦克乡总体地势北高南低，海拔高程1058.3 m～1103.1 m，高差达44.8 m。按照地形高差将灌溉区域划分为地形高差20 m以上的第一压力区和地形高差20 m以下的第二压力区，第一压力区系统喷头数9～10个，系统扬程81.08 m～83.81 m，系统流量125.2 m3/h～141.0 m3/h；第二压力区系统喷头数12～14个，系统扬程69.98 m～74.98 m，系统流量 165.5 m3/h～210.2 m3/h，管网设计图见图2、图3。由于地形的差异、分干管长度不同、支管管径差异，即使是同一压力区内相同型号的工作喷头其水头损失和喷头流量也不同，灌溉系统中全部喷头都在额定的工作压力下作业。在当前的滴灌工程中，支管轮灌管网布置型式较为普遍，然而对于面积较小的灌区，支管轮灌的优势便得不到发挥，滴灌工程的经济性大受影响。如和田地区墨玉县部分项目区水文地质条件较差[3]，单井出水量小，与支管轮灌模式中单位灌溉单元支管进水口水量接近，若通过支管轮灌，则灌溉系统只有一个灌溉单元工作，系统灌溉的均匀度将大大降低，若将单井流量划分为两个支管同时灌溉，则灌溉单元面积将减小，难以展开机耕，为此必须对滴灌支管+辅管轮灌管网布设型式进行改进。

图2 滴灌支管轮灌布置

图3 滴灌辅管轮灌布置

2.2 滴灌支管+辅管轮灌模式的改进

灌区位于内陆区，多年来由于大气降水、径流、河流渗漏等对地下水补给严重不足，水位下降较快，土壤颗粒粗、含水层层数少，埋深加大，地下含水层基本位于地下2.7 m及以下，导致上部含水层疏干，大量灌溉供水井水量减少或报废。为克服灌区内地形地质条件对灌溉效率的不利影响，考虑在滴头压力补偿作用下增大坝毛管布设的距离，并减少坡耕地使用地埋分干管和地表支管。压力补偿式滴灌带采用硅胶补偿结构的小型滴头代替常规滴灌带中的普通滴头，使滴灌带在一定压力范围内具有流量恒定能力，项目区选用滴头流量2.5 L/h、滴头间距0.5 m、滴灌带间距1.3 m的压力补偿式滴灌带后，单井出流量约35 m3/h。考虑到单井流量及运行管理的便利性，在单井控制面积内可以设置两个灌溉单元，地埋分干管，并连接出水管与支管，在采用支管+辅管轮灌时，连接支管与干管，并于支管上间隔15.6 m连接辅管。辅管轮灌与支管轮灌相比，由于在干管连接处增设了单个小管径连接件，所以使大管径连接件用量减少，工程成本降低。从干管到田间出水口管件使用量并无太大差距，辅管轮灌由于外锁式管件的应用而成本增大，但是辅管轮灌并不涉及土方工程，所以费用降低。可见，滴灌支管+辅管轮灌管网布设模式适用于压力补偿灌溉工程。

微喷带支管+辅管轮灌的灌溉模式是近年来备受关注的节水灌溉模式之一，国内已经有辽西地区、日照、胜利渠、双河、文峪河、大黑河、海日苏等大型灌区实施这一模式并积累了较为丰富的实践经验，通过与已有实践经验的对比不难发现，对于和田地区分散的土地利用现状，考虑使用微喷带支管+辅管轮灌模式增加灌溉面积，缩短灌水周期，降低投资完全可行[4]。根据改进后的管网布置（图4），使用φ32微喷带可使灌溉流量增大为10 m3/h，微喷带铺设长度不足100 m，将地埋分干管间隔7 m～9 m截段并安装立管、三通和弯头，使其与微喷带连接。单条微喷带灌溉面积可达0.09 hm2，两条微喷带作为一个灌溉单元，两个灌溉单元由单个出水管控制。可以考虑在和田地区现有灌溉单元，取消地埋分干管，铺设长支管，并按照设计间隔截段后安装球阀等管件，使之与微喷带连接。微喷带的使用减少了大直径管件的使用，并无土方工程，使灌溉系统成本大大降低，施工难度下降，田间出水管的取消有利于机械化作业。

图4 改进后的管网布置图

3 结论

随着支管辅管轮灌管道级数的增加，连接管件增多，管网结构变得更加复杂，灌溉系统内控制阀门也随之增多，管理难度增大。同时考虑项目区水文地质条件及滴灌模式的适用性，则支管+辅管轮灌模式系统投入少，运行效率高，作物增产效果明显，灌溉结束后管材管件由农户收回保管，下一茬作物灌溉仍能继续使用。压力补偿滴灌支管+辅管轮灌模式下能有效增大灌溉单元流量，并通过控制管材、管件、管径实现经济性目标，或是通过灌溉面积的控制改变田间出水管的分布，在地表处设置地埋分干管，直至灌溉期内再安装支管、辅管及微喷管，在作物生育期结束后拆除管网，按顺序进行管材管件编号并由农户保管，大大提高了管材管件的使用效率。总之，滴灌支管+辅管轮灌模式改进后适用于小面积灌溉区域，通过增加轮灌组使灌溉单元大大减少，管材管件用量得以节省，而且管网设置于地表，无土方工程量施工，经济性提升。