碾子山区高效节水灌溉项目典型设计探析

刘 磊，孙艳坤，吴 华

(齐齐哈尔市水利勘测设计研究院有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

1 项目概况

碾子山区高效节水灌溉项目新增高效节水灌溉面积706.6hm2，均为喷灌工程，采用绞盘式喷灌系统以及移动式管道喷灌系统。项目区共分为3个片区，布置水源井46眼，绞盘式喷灌系统40套，移动式喷灌系统6套，量测水设备46套，动力发电机组46套。

2 项目区布局

项目布局是在对目前国内各种节水灌溉模式的分析比较基础上，参考了邻近地区类似工程的投入使用运行情况，并结合当地的实际情况，因地制宜，充分考虑当地的水土资源及投资能力等情况综合进行分析确定。

碾子山区高效节水灌溉项目分为3个片区，主要种植经济作物和高效粮食作物，采用移动式管道喷灌和绞盘式喷灌设备进行灌溉，布局如下：

片区1项目地点在碾子山区富强街道办事处华丰村，灌溉面积100hm2，其中经济作物面积66.7hm2，主要为油菜花，灌溉方式为移动式管道喷灌；高效粮食作物33.3hm2，主要为鲜食玉米，灌溉方式为绞盘式喷灌；

片区2项目地点也在碾子山区富强街道办事处华丰村，灌溉面积366.7hm2，其中经济作物面积33.3hm2，主要为油菜花，灌溉方式为移动式管道喷灌；高效益粮食作物333.3hm2，主要为鲜食玉米，灌溉方式为绞盘式喷灌；

片区3项目地点在碾子山区富强街道办事处龙华村，灌溉面积240hm2，其中经济作物面积33.3hm2，主要为向日葵，灌溉方式为绞盘式喷灌；高效益粮食作物206.7hm2，主要为鲜食玉米，灌溉方式为绞盘式喷灌。

3 工程设计

3.1 水源工程设计

1)水源开采布置方案

项目区高效节水灌溉项目拟建设706.6hm2高效节水灌溉工程，取用地下水，共布置取水机井46眼，全部为新建水源井。

2)单井控制面积的确定

根据项目区水文地质条件及《机井技术规范》(GB/T50625-2010)的技术要求，确定项目区单井控制面积及布置井数合理性，公式如下：

(1)

式中：F0为单井控制灌溉面积，亩；Q为单井出水量，m3/h；t3为灌溉期间每天开机时间，h；T2为每次轮灌期的天数，d；η为灌溉水利用系数；η1为干扰抽水的水量削减系数，0.05；m2为综合平均灌溉定额，m3/亩。

根据计算成果，计算各个片区不同单井流量时单井控制面积为16.8-27.3hm2，考虑由于受地块面积及地块间的林带、排水沟、线杆、设备情况及作物等因素的影响无法布置满足计算的单井控制面积值，确定绞盘式喷灌及移动式管道喷灌单井控制面积平均为16.7hm2[1]。

3)典型井结构设计

项目区采取地下水作为本项目节水灌溉用水，本区地下水赋存条件为：

第一种类型：位于低山丘陵区沟谷区，地下水主要赋存在基岩风化带网状裂隙及断层构造中，单井单位涌水量15.0-50m3/h，成井深度90.0m，开孔口径550mm，管口口径273mm。0.00-16.00m下置护壁管及滤水管，护壁管及滤水管长度为8.00m，管壁厚度为5mm；下部口径235mm自然井壁。

第二种类型：分布在宽谷平原区成井深度70.0m，开孔口径550mm，终孔口径273mm。0.00-16.20m下置273mm井管，管壁厚度为5mm，0.00-4.00m为护壁管，4.0-16.20m为滤水管；16.20-70.0m为口径235m的自然井壁。

第三种类型：分布在雅鲁河河谷漫滩区，成井深度22.0m，开孔口径550mm，井管材料钢管，井径273mm，管壁厚度为5mm，上部井壁管长度4.5m，花管长度12.00m，沉淀管长度5.50m。

基于上述水文地质条件与现有灌溉设备技术指标，确定灌溉水源井单井涌水量为32m3/s。

3.2 绞盘式喷灌典型工程设计

3.2.1 基本资料

绞盘式喷灌工程选取片区2-9地块作为本项目的典型设计地块，典型地块面积为16.7hm2，该地块土壤容重为1.45g/cm3，田间持水率22%。主要种植作物为高效粮食作物鲜食玉米。

3.2.2 基本参数

1)灌溉保证率

根据《喷灌工程技术规范》(GB/T50085-2007)确定地下水喷灌灌溉设计保证率为90%。

2)灌溉水利用系数

全区灌溉水利用系数为0.87。

3)设计耗水强度

依据试验资料及以往经验分析，耗水强度取4mm/d。

3.3 机组选型

根据井的出水量、地块形状及作物情况等，结合项目区规划发展目标，选择绞盘式喷灌机组型号为JP75-300，喷灌机组工作流量为30.7m3/h，喷嘴工作压力0.4Mpa，射程43m，控制带宽72m。

3.4 田间布置

根据地块陇向、地块尺寸及喷灌机性能参数，对地块进行条田划分及管网布置，水源布置在地块的中心处；输水管路选用快接高压软管，垂直于垄向布置，输水干管长度为300m，控制带宽为72m。

3.5 水泵的选型

根据计算的流量和扬程及流量扬程曲线选用潜水泵，水泵型号与参数见表1。

3.6 移动式管道喷灌典型工程设计

3.6.1 基本资料

移动式管道喷灌工程选取片区2-22地块作为本项目的典型设计地块，典型地块面积为16.7hm2，该地块土壤容重为1.3g/cm3，田间持水率30%。主要种植作物为经济作物油菜花。

3.6.2 基本参数

1)灌溉保证率

根据《喷灌工程技术规范》(GB/T50085-2007)确定地下水喷灌灌溉设计保证率为90%。

2)灌溉水利用系数

全区灌溉水利用系数为0.87。

3)设计耗水强度

依据试验资料及以往经验分析，耗水强度取4mm/d。

3.6.3 喷头选型

为减少灌溉过程中的工作量，设计采用ZY-2喷头，喷头设计工作压力定为0.20MPa，射程R=16.3m，qp=1.92m3/h[2]。

3.6.4 田间布置

干、支管选用塑料软管，每15m布置一个出水口，设置截阀体开关。

根据作物情况选择竖管高度，考虑操作方便，设计竖管高度为1.5m，设置竖管支架，以保证喷头工作的稳定性。支管每15m布一个喷头，喷头与支管通过竖管和方便体连接。

3.6.5 水泵的选型

根据计算的流量和扬程及流量扬程曲线选用潜水泵，水泵型号与参数见表1。

表1 水泵型号参数表

3.7 配套动力设计方案设计

本次喷灌工程动力配套采用柴油发电机组，共46套，其中发电机组功率为30kw的14套，发电机组功率为40kw的32套，详见表2。

表2 配套动力方案分配表

4 结 语

碾子山区为低山丘陵地区，耕地资源及水资源十分宝贵，在该地区农业采用喷灌节水灌溉技术，能最大限度发挥水资源开发利用的作用，以最低的投资、最少的占地，保障农业用水需求。近年来碾子山区旅游业发展迅速，项目区一部分位于碾子山区国际自行车大赛赛道附近，油菜花灌溉对于发展当地特色旅游作用明显，项目的实施和配套对改善景观也有着实际的意义。碾子山区高效节水灌溉项目对促进碾子山区的地方经济发展起到了十分显著的促进作用，增加了农民的收入，改善了地区人民的生活水平。