丘陵地区土地整治“旱改水”项目灌溉工程设计初探

张若玉

为提升大面积旱地的土地质量，有必要实施“旱改水”项目。旱地改造成水田，关键是水源，水源要可靠，通过工程措施把水提引到田间进行灌溉。有些地区地势高低起伏，地面高差能达到十几米、甚至几十米，而水源一般为小型水库或较大水塘，地势较低，如安徽省肥东县的部分乡镇，因此有必要对水田灌溉模式的设计进行探讨。

一、灌溉模式的设计思路

结合项目区的实际，对于水源较低、田块较高的地区，采用泵站提水，PE 管道输水把水送到制高点的调蓄水池，然后从调蓄水池放水至田间进行灌溉。

二、工程设计原则

一是对土地利用进行合理布局，二是规划设计对水资源的开发利用，三是要因地制宜。

三、工程设计目标

本着“环境友好、生态优先”的原则，坚持“全域统筹”的总体战略，切实保护耕地。通过有计划、有步骤、分阶段的土地治理，将旱地改造为水田，完善田间配套设施，改善生产条件，提高耕地质量和粮食综合生产能力，促进农业生产方式由传统向现代的转变，实现经济效益、社会效益的最大化；把项目区农田建成设施配套完善、稳产高产、抵御灾害能力强、生态环境良好的现代化农田。

四、工程设计标准

根据《高标准农田建设通则（2014）》和《安徽省土地开发工程建设标准》（试行），结合项目区的地理位置和农作物种植情况，拟定项目区的设计灌溉保证率一般为75%～85%。

考虑项目区规划灌溉方式，灌溉渠系防渗情况，确定渠系水利用系数，田间水利用系数，推算灌溉水利用系数，一般为0.5～0.8。

五、泵站流量计算

根据《安徽省行业用水定额标准》（DB34/T679-2019）项目区的耕作习惯、作物种植结构等来确定灌溉模数。典型种植方式为中稻—油菜或中稻—小麦。为最大程度地满足项目区作物的生长需求，取水稻作物用水高峰期(泡田期)的用水需求作为设计标准，泡田定额、渠系水利用系数按《安徽省行业用水定额标准》（DB34/T679-2019）确定，泡田时间一般取8d，按每天的灌水时间取16～20h计算平均每天泡田量,最大用水流量发生在第8 天，泵站不但要提供第8 天泡田用水，还要提供前7 天泡田栽秧的秧苗补水，稻田苗期每日耗水量一般取10mm。

项目区的每天泡田灌溉流量：

Q=Am/3600Ttη

式中：

Q—设计灌水流量（m3/s）；

A—各种作物的灌溉面积（亩）；

m—设计灌水定额（m3/亩）；

T—一次灌水周期，取8d；

t—每昼夜实际灌水时间，取t=16h；

η—渠系水利用系数，依据行业定额计算而定。

六、泵站总扬程计算

（一）输水管道水头损失计算

1.沿程水头损失计算，依据《村镇供水工程技术规范》（SL310-2019），公式：

h沿=iL

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

式中：

h沿—沿程水头损失，m；

L—计算管段的长度，m；

i—单位管长水头损失，m；

C—海曾威廉系数，塑料管C=140～150；

Q—管段流量，m3/s；

d—管道内径，m；

2.局部水头损失计算，参照《规范》可按沿程水头损失的5%～10%计算。

3.输水管道水头损失=沿程水头损失+局部水头损失。

（二）泵站本身扬程计算

泵站本身扬程=净扬程＋管路水头损失扬程

净扬程=出水池水面高程-进水池水面高程

管路水头损失=（10%～30%）净扬程

泵站总扬程=输水管道水头损失+泵站本身扬程

七、泵型选择

泵型选择的原则：一是能满足设计流量与设计扬程的要求；二是水泵在多年运行中平均效率要高；三是建站投资和设备功率最小；四是选用的水泵应便于操作、维修和管理。

根据上述泵型选择原则，结合项目区内地形，依据上述计算的设计灌水流量Q 与泵站总扬程H总，选择水泵型号，一般采用离心泵，再根据水泵参数配备电机。

八、具体案例

肥东县某“旱改水”项目，灌溉面积180 亩，水源为小（Ⅱ）型水库，进水池水位60.9m，调蓄水池水位74m，出水口至泵站的距离为580m，输水管道采用PE 管。

（一）设计流量计算

设计流量Q 包括第8 天泡田用水Q1和前7 天的秧苗补水Q2两部分,经计算:

Q1=200×75/3600×8×16×0.7=0.046（m3/s）

Q2=175×667×0.01/3600×16×0.7=0.029（m3/s）

经计算Q 为0.075m3/s。

（二）输水管道水头损失计算

1.沿程水头损失计算

本次计算C 取145，Q=0.075m3/s，干管采用PE100 管，公称外径225mm，内径为225-10.8-10.8=203.4mm；

i=10.67C-1.852Q1.852d-4.87

=10.67×145-1.852×0.0751.852×0.2034-4.87

=0.0239m

调蓄水池出水口距离泵房的长度580m，沿程水头损失h沿=iL=0.0239×580=13.862（m）

2.输水管道局部水头损失计算

参照《规范》，局部水头损失可按沿程水头损失的5%～10%计算；本次按10%计算。干管局部水头损失h局=13.862×10%=1.386（m）。

3.输水管道水头损失

h损=h沿+h局=13.86+1.39=15.25（m）

4.泵站管路水头损失计算

H净=H出-H进=74-60.9=13.1（m）

H损=kH净

式中：H损—管路水头损失，m；

H净—泵站设计净扬程，m；

k—管路水头损失占净扬程的百分比。

参照《中小型泵站设计与改造技术》，k 按30%计算。H损=13.1×0.3=3.93（m）。

5.管道水头总损失

管道水头总损失=干管水头损失+管路水头损失=15.25 ＋3.93=19.18（m）。

（三）泵站工程总扬程及设备选择

1.泵站总扬程

泵站设计总扬程=管道管头总损失+泵站净扬程=19.18+13.1=32.28（m）。

2.泵型选择

根据上述泵型选择原则，结合该泵站灌区内地形，参照设计流量与总扬程，设计采用离心泵，扬程42m，其设备选型设计参数与型号见表1。

表1 泵站参数一览表

九、结论

“旱改水”工程的关键是通过工程措施把水提到田地进行灌溉。本文对丘陵地区“旱改水”项目灌溉工程设计，泵站流量、扬程的计算，水泵、电机的选型等几个主要问题进行了初步分析和探讨，对丘陵地区的水田灌溉设计具有一定参考作用■