低压管道节水灌溉技术在高标准农田建设中的应用——以十字路街道6 000亩高标准农田建设为例

姜 敏，徐文菊

（1.莒南县十字路水利服务中心，山东 莒南 276600；2.莒南县大店水利服务中心，山东 莒南 276600）

国家非常重视高标准农田的建设，从国家角度出发保障粮食安全是有非常重要的战略意义的，高标准农田建设是增加粮食产量的重要手段。我国是农业大国，农民人口众多，粮食稳产增产是提高农民收入的重要途径之一，在当今经济社会高度发展，耕地非常紧张的情况下。要提高粮食的产量，建设高标准农田是有效的途径，国家对高标准农田建设高度重视，建设高标准农田可以有效改善农民增收缓慢、农业综合生产能力较弱的现状。因此，国家每年都会加大对高标准农田建设扶持的力度，每年都下达建设指标。山东省莒南县十字路街道2019年获得6 000亩高标准农田建设项目，该项目投资750万元，其中水利措施投资达到600万元，占总投资的80%，可见水利设施的规划建设在高标准农田建设项目中非常重要，水利设施规划的好坏几乎决定了项目建设的成败，经过多方论证，在项目建设中水利设施农田灌溉宜采用节水灌溉技术，因此在充分论证的基础上决定采用低压管道节水灌溉技术，文章就低压管道节水灌溉技术的应用进行探讨。

1 项目区范围、规模

1.1 项目区范围

项目区位于山东省莒南县十字路街道内（十字路街道为莒南县县城驻地），位于十字路街道西南部，涉及白家岭、刘家官坊、东风、土沟、沟头、马蹄湖及官庄居7个村居，涉及8 685人，范围西到白家岭村东至官庄居村，南至十字路与相沟乡界，北至518国道。

1.2 项目区规模

项目区计划建设高标准农田6 000亩，其中农业生产用地5 880亩，占总规划面积的98%，120亩为建设用地，占总规划面积的2%，治理措施主要有水利、林业、农业、科技培训、道路建设等。

2 项目区概况

2.1 气候、水文情况

莒南县属暖温带季风区半湿润大陆性气候，大陆度61.1%。气候总特征是春季温暖，干燥多风；夏季湿热，雨量充沛；秋季凉爽，昼夜温差大；冬季寒冷，雨雪稀少。四季分明，光照充足，无霜期长。常年最热月为7月和8月，平均气温为25.5℃，年际变动在28.2～23.3℃，极端最高气温为38.9℃（1988年7月8日）；常年最冷月为1月，平均气温为-1.9℃，年际变动在-4.6～0.3℃。极端最低气温为-19.2℃（1969年2月5日）。当地有“冷在三九，热在中伏”之谚。多年平均降雨量856 mm。处于华北季风区，春季多东北风和东南风，夏季多南风和东南风，秋季多西风和西南风，冬季多北风和西北风。历年降水量分布中间少，东西多，由东西部向中间递减。各月平均日照时数以5、6月份最多，分别为244.1 h和222.0 h。最少是2月和7月，分别为173.7 h和181.4 h。

2.2 地形地貌情况

莒南县跨胶南地体和沂沭断裂带。项目区属鲁东南丘陵区，地势总特点是东高西低，东部是北高南低，并向东南和西南呈脊背状倾斜。地貌以大店、十字路至相沟为界，分为东西两部分：东部低山丘陵区，西部平原区。大致分为低山丘陵区、剥蚀丘陵区、岭下平地和洪积-冲积平原区四种地貌类型。以低山丘陵为主，其他类型地貌分布面积较小。低山丘陵区大店至十字路以东部分分布于南部和东南部，十字路、相沟及洙边等镇街的部分地区属于低山丘陵区。海拔高度在100 m以上、坡度大于8°的低山丘陵区约为226～400 km2，土层较薄；东及东南部山低岭缓，土层较厚。

地表多被残坡土覆盖，土层较厚，以白浆化棕壤为主，县内多垦为耕地。岭下平地县境东部的山前平地、岭间平地及沿河谷地，为岭下平地区，多与低山丘陵和剥蚀丘陵相间分布。特点为谷宽而平，地块大，阶差小。成土母质为洪积物、冲积物及残坡物。土壤类型为潮棕壤、河潮土、水稻土，局部为白浆化棕壤，是县内粮油耕作区。

2.3 水资源情况

项目区有2座小型水库（官庄水库（小一型）、黄庄水库（小二型）），3条小型河流白龙河、黄庄河、官坊河，6眼大口井，水资源水量及水质能满足项目区灌溉用水要求，降水主要集中在6-9月份，其中7-8月份降雨最大，占全年的65%，其他月份降雨只占到全年降雨总量的35%左右。

2.4 土壤和植被情况

项目区属于低丘陵区，土壤以风化沙壤土为主，土层覆盖厚度50～60 cm，主要种植玉米、小麦、花生等农作物，植被以人工种植的杨树居多，土地比较平整水土流失不严重。

2.5 项目区水利设施现状

项目区在项目实施前没有很好地配套水利设施，由于项目区地势较高不能进行自流灌溉因此小型水库没有灌区配套，平时灌溉就靠农民自己的小水泵各自取水浇地，形不成规模，效率低下，浪费能源，影响粮食产量。

3 项目区水利设施规划情况

通过对项目区的规模、范围、气候水文、地质地貌、土壤植被等条件的细致了解，以及项目的建设要求、现状土地利用情况，种植情况主要以小麦、玉米、花生等为主，在灌溉节水方面采用喷灌、微灌等造价过高不经济，因为种植的都是普通农作物、粮食作物，在充分论证分析的基础上，所有专家、设计人员、当地领导等都认为项目区水利灌溉配套设施采用低压管道灌溉最为合理科学，技术人员对低压管道灌溉进行了详细的规划设计。

根据实际情况和项目区村庄坐落位置以及水源情况等，本着经济节约、实用高效的原则在项目区规划设计低压灌溉6处（白家岭、刘家官坊、东风土沟合为一处、沟头、马蹄湖、官庄居），每处控制900～1 000亩土地，设计低压管道灌溉系统一套。以下就以官庄居低压管道灌溉系统为例具体分析低压管道灌溉系统的设计、使用及发挥的作用，官庄居地块大体呈长方形，东西方向1 490 m，南北方向423 m，地势中间略高，总体地势平缓，高差不大，其他5处地形、地势、面积等相差不大，就是取水水源有区别，有从水库取水的，有从河道取水的，有从河边大口井（大口井起到过滤作用）取水的，水源都能满足灌溉需要。

4 十字路街道高标准农田建设官庄居片半固定式低压管道节水灌溉典型设计说明

官庄居片位于整个项目区的东部，建设高标准农田地块大致呈长方形，东西长1 490 m，南北宽423 m，合计面积945亩左右，在建设区东北部有一座小一型水库总库容102万m3，能满足官庄居片农田的灌溉要求，官庄居片农田主要种植小麦、玉米、花生等农作物。

4.1 设计依据的规范标准及灌溉水源机泵房情况

（1）GB/T 50363-2006《节水灌溉工程技术规范》；

（2）GB 5084-2005《农田灌溉水质标准》；

（3）GB/T 20203-2017《低压管道输水灌溉工程技术规范》；

（4）GB 50290-98《灌溉与排水工程设计规范》；

（5）SL 72-94《水利建设项目经济评价规范》。

在距项目区东南方向300 m处有小一型水库官庄水库，总库容102万 m3，通过化验检测、测算水质和水量都能满足灌溉需要，在水库合适地点建设一座水泵机房，安装灌溉系统的水泵和动力系统。

4.2 官庄居片低压管道节水灌溉管路系统规划布置

由于官庄居片地形为长方形，因此官庄居低压管道节水管路采用三级管路布置半固定式干管，支管采用埋入地下的固定式，支管上设置给水栓，通过给水栓向灌溉毛管供水，灌溉毛管采用移动式软管，管路系统采用“鱼骨”型布置，根据地形一条主管道布置在项目区中心，垂直主管道从主管道两侧对称分出支管道，主管道和支管道通过支管上的控制阀门控制，每个支管和主管分界处设置阀门井，阀门井采用M7.5砂浆砌多孔砖砖井身、C20钢筋砼预制阀门井井盖结构，深度1.2 m，井径2*1 m。共建设16个阀门井，每个阀门井控制2条支管，在管道变化处、急转弯处、变径三通处等设置镇墩防止管道变形震动，镇墩用C20混凝土浇筑。

阀门井分水，控制闸阀设置在支管道上，在支管道上设置给水栓，主管道和支管道采用固定式，在支管道设置给水栓向移动式塑料软管供水进行灌溉，每条移动软管50 m长，主管道长度1 740 m，支管道设置32条，支管间距100 m，长度200 m，每条支管控制灌溉面积30亩，在支管道上设置5个给水栓，给水栓间距40 m，每个给水栓控制灌溉面积6亩，具体规划如图1所示。

图1 十字路街道高标准农田建设官庄居片区低压管道灌溉管路布置图

4.3 管道流量设计计算

（1）确定灌水定额：根据已知条件，ρ土=1.45 g/cm3，ρ水=1 g/cm3，β田=26%，H=60 cm，β1=β田0.9=23.4%，β2=β田0.65=16.9%，η田=0.9。

把数据代入下面公式得：

（2）确定灌水周期：T=62.8/6≈10 d。

（3）确定灌区灌溉用水总量：

（4）确定轮罐组，干管流量为293 m3/h，每4条支管每天同时工作，每2条支管一组在主管道的两侧，在灌区的首端或末端开始灌溉，如果一组从首端开始，另一组就从末端开始，2组支管对向灌溉，整个灌区划分为8个轮罐组，这样每条支管的流量是73.25 m3/h，灌溉的面积是73.25/42=1.74亩，每天灌溉的面积是1.74*14*4=97.44亩，这样10 d可灌溉970亩地，在一个轮灌期内可以把全部灌区浇完。

5 灌溉管道的水力计算确定管径

5.1 管径计算公式采用如下公式

式中：D经为经济管径，m；Q设为管道设计流量，m3/s；V经为管道经济流速，在此取1.5 m/s。

将支管流量带入公式计算得支管管径：

将干管流量带入公式计算得干管管径：

支管管道选取压力0.6 MPaφ160 PE压力塑料管1 740 m，干管管道选取压力0.6 MPaφ355 PE压力塑料管3 200 m。

5.2 沿程水头损失计算公式采用如下公式

hf=fLQm/db，

式中：hf为沿程水头损失，m；f为摩擦系数，本例取0.948×105；L 为管道长度，m；Q 为流量，m3/h；d 为管道内径，mm；m为流量指数，与摩阻损失有关，本例取1.77；b为管径指数，与摩阻损失有关，本例取4.77。

支管沿程水利损失计算：hf=0.948*105*200*73.251.77/1504.77=1.58 m。

干管沿程水利损失计算：hf=0.948*105*1740*2931.77/3004.77=5.86 m。

干管支管水头总损失：1.58+5.86=7.44 m。

局部水头损失按沿程水头损失的10%计算：7.44*10%=0.74 m。

管路的总水头损失等于沿程水头损失加上局部水头损失：7.44+0.74=8.18 m。

水泵选型配套：

灌区灌溉水源最低水位到灌区的最高点净高差10.8 m，支管末端最不利点的工作水头要求10 m，所以水泵的总工作扬程为10.8+10+8.8=29.6 m，水泵的设计流量293 m3/h，查水泵产品目录选取水泵为 200S42A单级双吸中开式离心泵，主要指标为流量310 m3/h，扬程31 m，配套电机37 kW，这样水泵和电动机都能满足设计要求，高效节能，6处灌溉系统共购买水泵电机6台套，都是同一类型的产品，使用管理维修能配套，整个项目区建设了6处灌溉系统，都是采用的低扬程大流量的单级双吸中开式离心泵，这种水泵的特点是使用方便，维护简单，拆卸方便，节能高效。和电动机通过轴联器连接传动效率高。

6 项目区效益情况

项目区于2019年6月底建成，经过近2年多大运转，项目区目前运行良好效果显著，项目区经过整改土地产出明显提高，农田耕种方便快捷，耕作无障碍，施肥灌水快捷省工省力，粮食亩产提升了60～100 kg，低压管道节水灌溉系统和附近其他明渠灌溉系统相比较，节水效果明显，通过对比低压管道灌溉系统比渠道灌溉节约用水达到50%以上，比喷灌、滴灌、微喷灌等经济实惠，很适合我国北方大田农作物种植的灌溉方式。着重说说水利措施情况，水利措施主要是进行低压管道节水灌溉实施，6处灌溉系统由项目管理处总管理，每个系统由受益单位（村居）组织专业队统一管理，从日常管护维修到平时浇地由专业队统一进行，达到高效、节能、及时方便的目的，使用非常方便效率非常高，设备故障能及时修理，能保持设备的正常使用状态，通过运行看来日常管理非常重要，以前建设的项目有的使用不长时间就破损或毁坏了，其主要原因是因为管理跟不上。

7 结束语

高标准农田建设是提高农田产量，保障我国粮食生产稳定提高的有效手段，国家会在高标准农田建设中加大力度。高标准农田建设包括水利措施、农业措施、林业措施和科技措施等手段，其中水利措施是最为重要的手段，在高标准农田建设中水利措施的选择尤为重要，采用什么样的灌溉方法要经过科学论证，科学对比，以达到水利措施的有效、高效、经济实施，通过在高标准农田建设中布置低压管道灌溉系统实践来看，在我国北方旱作物区，特别是种植小麦、玉米、花生等作物的地区进行高标准农田建设时，水利灌溉采用低压管道节水灌溉不失为一种有效的方法。