滚移式喷灌机在昭苏草场灌溉中的应用

吴 红

（新疆瑞昶设计有限公司,新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

昭苏县草料储备基地位于伊犁地区昭苏县马场境内,东侧为乌玉尔台河自北向南穿过,工程区位于两河之间,土地面积32000 亩。根据现场踏勘,现状为天然草场,植被覆盖率60%左右。为提高水资源利用率结合昭苏县畜牧业总体规划,县畜牧局拟实施划昭苏县草料储备基地,建设人工草场30000 亩。

昭苏县气象站统计,多年平均降水量507 mm；多年平均蒸发量1230.9 mm。年均气温3.3 ℃,最大冻土深度127 cm。全年盛行东北风,年平均风速2.0 m/s。

2 工程实施的原因

项目区南北长6 km左右,东西宽3.5 km左右,总面积30000 亩左右,海拔1689 m~1728 m之间,总地势为北高南低,自西向东倾斜,植被覆盖率60%左右。项目区土壤以暗栗钙土、草甸栗钙土为主,pH值6.5~8.5 之间,呈中性-碱性,区域内水土光热资源丰富,十分适合牧草生长,是昭苏县重要的畜牧基地之一。近年来,国家实施退牧还草工程和草原生态保护奖励机制以来,草场退化的趋势和水源涵养区生态环境得到了很大的改善。但是随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,对畜牧产品的数量和质量提出了更高的要求。为了进一步提高畜牧业发展,实现畜牧业规模化发展,根据区域水资源现状昭苏县畜牧局拟实施划昭苏草料储备基地建设项目,建设人工草场30000 亩。

3 设计方案

3.1 种植作物

昭苏马场位于中天山山系的昭苏为特克斯山间盆地,属寒温带亚干旱气候区。参考昭苏县长期进行的牧草栽培试验研究成果,选择红豆草+无芒雀麦进行补播,以提高牧草产量。

3.2 灌溉方式

根据气象站资料,项目区全年降雨量507 mm（亩均降水量367.3 m3）,其中4 月~9 月多年平均降雨427.4 mm（亩均降水量285 m3）。所以采用补充灌溉方式,灌水期为4 月中旬至5 月下旬,8 月上旬至9 月下旬进行灌溉。

表1 灌溉方式比选

综上所述,本项目种植作物以牧草为主,根据项目区地势及土壤条件、作物生长特点、工程投资和管理运行等方面,综合考虑,选择滚移式喷灌机进行灌溉。

3.3 供需水平衡分析

根据昭苏县气象站资料,项目区全年降雨量507 mm （亩均降水量367.3 m3）,其中4 月~9 月多年平均降雨427.4 mm （亩均降水量285 m3）。所以采用补充灌溉方式,灌水期为4 月中旬至5 月下旬,8 月上旬~9 月下旬进行灌溉。

分析项目区降雨量,结合草场灌溉方式 ,确定草场补灌定额140 m3/（亩·年）,项目区灌溉面积30000 亩,全年需水420 万m3,工程实施后,采用管道输水,田间灌溉采用喷灌灌溉[1],灌溉水利用系数按0.85 考虑,全年共需水494.12 万m3。

表2 水土平衡分析表 单位：万m3

4 工程设计方案

据工程总体布置,在乌玉尔河西侧布置调蓄池1 座,新建渗管一条,渗渠引水后,通过集水井、输水管进入蓄水池[2]。项目区内部地势相对平坦,相对高差仅25 m左右,喷灌系统工作压力至少需要30 m,不能形成自压,因此田间灌溉采用滚移式喷灌机加压喷灌。

4.1 渗渠设计

项目工程以乌玉尔台河水为供水水源,渗渠由集水管、人工反滤料和集水井组成。通过修建河道地下渗管、截取河道地下潜流取水,为提高渗管截取潜流的能力,在紧靠渗管下游截断潜流渗流通道,截断方式为：对河道覆盖层进行大开挖,开挖边坡1∶0.3,开挖深度到河道不透水层,及河道覆盖层下的基岩上,修建钢筋砼截渗墙。

渗管设计技术参数的选定：渗管内水流流速取0.4 m/s；充满度取0.5 D,渗管埋设坡度2.0%,进水孔流速0.01 m/s,渗渠埋深不小于2.2 m。

在河床下集取河床渗透水,平行河流布置的非完整式渗水渠出水量按照《给排水设计手册》中公式3-301、3-302计算：

式中：L为渗渠长度,m；K为渗透系数,m/d；a为淤塞系数,根据水的浑浊情况确定,浑浊度高时,采用0.3；Hy为和流水面至渗渠顶深度,m；H0为集水井内水位对渗渠出口所施水压力,当渗渠内为100 kPa（大气压）时,H0=0,一般采用H0=0.5 m~1.0 m；T为含水层厚度,m；h为河床至渗渠底的深度；d为渗渠直径或宽度。

集水管采用穿孔钢管,管径为DN800,钢管壁厚11 mm,孔径8 mm,孔中心距80 mm,行中心距100 mm。引水流量1.6 m3/s。

为保证取水量,本项目渗管设计长度为600 m。

4.2 调蓄池设计

采用钢筋砼结构,墙厚0.25 m,底板厚0.25 m,调蓄池深度3.2 m。根据地质勘察报告,池底及边墙换填非冻胀土60 cm,池底尺寸38 m×280 m,游积深度0.2 m,超高0.6 m,总容积34000 m3,有效容积25000 m3。调蓄池由渗渠取水,含沙量较少,因此不设清淤坡道,灌溉期结束或停水期间,采用人工清淤即可。

根据抗冻胀计算得调蓄池沉沙池底换填层厚度为39 cm~48 cm,底部换填层厚度为55 cm,本次设计结合项目区周围已建工程,砂砾石换填厚度采用60 cm。要求砂砾石级配良好,有足够的砂粒充填砾石空隙,以保证基土颗粒不会穿透到砂砾石层中,以防止置换层被淤塞。

4.3 泵站设计

扬水泵站1 座,装机流量均1.6 m3/s,包括泵房和配电室两部分,平面尺寸24.84 m×5.7 m,建筑面积142 m2,配套卧式单级双吸卧式离心泵3 台（两用一备）,流量650 m3/s,扬程50 m。

4.4 田间灌溉

田间管网采用梳式布置,干管从调蓄池引水,分干管垂直干管布置,根据喷灌机工作长度,每306 m布置分干管一条,分干管每18 m布置出地桩一个。渗渠收集河水后通过调蓄池沉淀、泵站加压后,进入输水管道。田间灌溉采用ZY-2型喷头,喷灌机从出地桩引水。

表3 ZY-2型喷头参数表

结合项目区天然草场的现状,选用建筑工程量较少且无需电力驱动的滚移式喷灌机GYP-300。

表4 GYP-300滚移式喷灌机参数表

每台喷灌机控制灌溉面积按800 亩计算,项目区灌溉面积30000 亩,共需配套38 套。

5 结语

该项目的实施解决了昭苏县马场30000 亩草料基地的水源问题,为昭苏县蓄牧业的发展提供了可靠保证。草场增加载畜量7000 头。年增加干草3975 t,利润可增加240 万元。项目建成后,提高了草原生态自我修复能力,复壮了区内退化草地,对于保护和改善区域生态环境具有重要作用。