牛小剛

（巴州天寶水利工程設(shè)計(jì)有限公司,新疆 庫(kù)爾勒 841000）

0 引言

西部牧區(qū)常年干旱少雨，地表、地下水資源儲(chǔ)量不足，水資源短缺成為西部牧區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)最主要的障礙性因子[1]。西北干旱區(qū)人均水資源占有量1573 m3；人均和地均水資源占有量分別為全國(guó)人均水平的68%和27%[2]，而新疆農(nóng)業(yè)用水比重高達(dá)92.5%。因此，大力實(shí)施農(nóng)牧業(yè)高效節(jié)水灌溉，優(yōu)化水資源配置對(duì)節(jié)約水資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)具有不可替代的作用。文章以新疆尉犁縣為研究對(duì)象，結(jié)合當(dāng)?shù)匾延泄喔裙こ探?jīng)驗(yàn)，規(guī)劃完善已有渠系防滲改造和新建滴灌區(qū)兩條途徑的高效節(jié)水灌溉模式，進(jìn)一步補(bǔ)齊牧區(qū)水利工程短板。

1 研究區(qū)概況

1.1 水資源概況

尉犁縣取水水源有孔雀河、塔河等地表水以及地下水，根據(jù)巴州水資源管理“三條紅線(xiàn)”各縣市分配方案，尉犁縣2020 年5.60 億m3，項(xiàng)目區(qū)用水指標(biāo)為10565 萬(wàn)m3，其中地表用水指標(biāo)為10331 萬(wàn)m3，地下水用水指標(biāo)為234 萬(wàn)m3。

1.2 節(jié)水灌溉發(fā)展現(xiàn)狀

尉犁縣牧區(qū)水利建設(shè)雖然取得了很大成績(jī)，保證了畜牧業(yè)的發(fā)展，但還存在以下問(wèn)題：

（1）灌溉工程配套差，灌水方法粗放，水的利用率低。灌區(qū)的輸水渠道防滲率低，配套差，灌水方法仍多為大水漫灌。

（2）節(jié)水觀(guān)念不強(qiáng)，水資源利用認(rèn)識(shí)尚待提高。灌區(qū)渠系防滲率低和灌溉方法不當(dāng)，造成灌溉定額過(guò)高，節(jié)水觀(guān)念有待提高。

（3）灌溉管理技術(shù)水平落后。水費(fèi)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本中所占比例過(guò)低，基層水管部門(mén)的灌溉管理工作比較粗放，灌水技術(shù)與灌溉方法都落后，群眾對(duì)灌溉定額的概念模糊，使實(shí)際灌溉定額遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)灌溉定額，造成水資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

2 節(jié)水灌溉工程規(guī)劃

尉犁縣牧區(qū)節(jié)水灌溉工程規(guī)劃建設(shè)范圍包括塔里木鄉(xiāng)，墩闊坦鄉(xiāng)及興平鄉(xiāng)，主要建設(shè)內(nèi)容為渠道防滲改造18.025 km，共配套渠系建筑物106 座。建設(shè)滴灌區(qū)面積13226 畝。具體節(jié)水灌溉模式和規(guī)劃面積見(jiàn)表1。

表1 尉犁縣牧區(qū)節(jié)水灌溉模式及范圍

3 節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)

3.1 渠系防滲改造設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)已建渠線(xiàn)大部分順直合理，在原渠道基礎(chǔ)上進(jìn)行防滲改造，土方工程量較小，渠基處于密實(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，基礎(chǔ)條件較好。為最大限度的降低工程投資，設(shè)計(jì)在原有渠線(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行防滲改造，不再考慮新渠線(xiàn)方案。

3.1.1 渠道縱坡設(shè)計(jì)

使渠道的工程量最省，避免土方大搬運(yùn)，并保證引水口水位要求，流速滿(mǎn)足不沖不淤流速。經(jīng)過(guò)對(duì)工程量、渠道結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行比較，渠道均采用現(xiàn)澆砼板襯砌，按《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》要求控制流速3 m/s～5 m/s。

3.1.2 渠道橫斷面防滲襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渠道橫斷面設(shè)計(jì)根據(jù)已擬定的渠道設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)水力最優(yōu)斷面及實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面確定渠道的底寬，同時(shí)使其流速滿(mǎn)足不沖不淤的要求。設(shè)計(jì)渠道橫斷面形式采用梯形斷面方案。

（1）方案一：采用全斷面現(xiàn)澆C20 砼板防滲形式

采用全斷面8 cm厚現(xiàn)澆砼襯砌。優(yōu)點(diǎn)：防滲效果好，堅(jiān)固耐用輸水速度快，利用率高，管理方便，適應(yīng)灌區(qū)發(fā)展要求；缺點(diǎn)：工期相對(duì)較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)澆筑點(diǎn)多線(xiàn)長(zhǎng)，質(zhì)量不宜控制，混凝土養(yǎng)護(hù)用水難以解決。見(jiàn)圖1。

經(jīng)過(guò)6個(gè)月護(hù)理干預(yù)后，觀(guān)察組患者的SAS評(píng)分為（46.89±7.68）分，SDS評(píng)分為（50.34±5.97）分；對(duì)照組患者SAS評(píng)分為（59.34±6.89）分，SDS評(píng)分為（57.26±6.24）分。觀(guān)察組患者的心理狀態(tài)評(píng)分明顯優(yōu)于對(duì)照組，組間對(duì)比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

圖1 方案一渠道防滲襯砌設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

（2）方案二：采用全斷面預(yù)制C20 砼板防滲形式。

采用6cm厚預(yù)制砼板襯砌。優(yōu)點(diǎn)：防滲效果較好，混凝土預(yù)制板可集中預(yù)制，質(zhì)量易保證，施工速度快，可以在渠道土方工程施工期間進(jìn)行砼板預(yù)制，批量生產(chǎn)，節(jié)約工期，建成后管理維修方便。缺點(diǎn)：預(yù)制板勾縫較多，工程投資較現(xiàn)澆砼板方案高。具體見(jiàn)圖2。

圖2 方案二渠道防滲襯砌設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

綜上，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然條件、施工條件、渠道斷面設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理以及天然建筑材料的分布和儲(chǔ)量，從節(jié)省投資的角度出發(fā)，推薦方案一，即渠道斷面采用全斷面現(xiàn)澆C20 砼板防滲形式。

3.2 滴灌工程設(shè)計(jì)

3.2.1 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

項(xiàng)目區(qū)建設(shè)總面積為13225 畝，工程等別為Ⅳ級(jí)，規(guī)模為?。?）型。主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5 級(jí)。灌溉水利用系數(shù)不低于0.9，設(shè)計(jì)日工作小時(shí)數(shù)不大于22 h。地埋管埋設(shè)深度在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵?，并滿(mǎn)足地面荷載和機(jī)耕要求。管道工作壓力不低于0.4 MPa，干、支兩級(jí)管道間距、長(zhǎng)度合理設(shè)定，且能滿(mǎn)足今后滴灌自動(dòng)化設(shè)計(jì)的要求。

3.2.2 工程總體布置方案

（1）水源方案比選

項(xiàng)目區(qū)水源分為地表水及地下水，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，塔里木鄉(xiāng)和墩闊坦鄉(xiāng)11 個(gè)系統(tǒng)采用地表水作為水源，興平鄉(xiāng)3個(gè)系統(tǒng)采用地下水作為水源，在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)有機(jī)井的地塊內(nèi)采用地下水作為水源，沒(méi)有機(jī)井的地塊采用地表水作為水源，新建沉砂池，水質(zhì)經(jīng)過(guò)濾器處理后進(jìn)行灌溉。

（2）骨干管網(wǎng)布置比選

項(xiàng)目區(qū)地處老灌區(qū)，區(qū)內(nèi)條田、道路、林帶、居民區(qū)已成型多年，主管網(wǎng)按照設(shè)計(jì)計(jì)算及考慮地塊形狀、種植方向布置，主干管及分干管基本沿田埂及道路一側(cè)鋪設(shè)，以免影響大型機(jī)械工作，地表水沉砂池布置在灌溉條田最高處，離供水渠道最近的地方，以便引水及排水。

（3）總體布置

綜合分析水源、地塊形狀、種植方向、以及現(xiàn)有的道路、林帶和供電系統(tǒng)，盡量不改變現(xiàn)狀進(jìn)行滴灌工程規(guī)劃布置。對(duì)項(xiàng)目區(qū)13225 畝現(xiàn)有農(nóng)田實(shí)施滴灌，發(fā)展高效節(jié)水灌溉，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)各地塊的所在位置，布置滴灌系統(tǒng)共分為13 個(gè)系統(tǒng)。見(jiàn)表2。

3.2.3 管網(wǎng)布置方案

灌溉系統(tǒng)由主干管、分干管、支管、毛管四級(jí)管網(wǎng)構(gòu)成。水源在地塊的高位處，管網(wǎng)為“豐字”布置。梳式布置，水源在干管的端點(diǎn)，干管的流量大，管徑大，干管長(zhǎng)度大，水頭損失大，造價(jià)高，運(yùn)行期用電量大，運(yùn)行成本高。叉式布置，水源在干管的中位，流量向兩側(cè)干管分流，干管的流量小，干管管徑小，干管長(zhǎng)度短，水頭損失小，運(yùn)行期用電量低，運(yùn)行成本低。在條件具備的情況下，優(yōu)先選擇叉式布置。

3.2.4 輪灌方案

滴灌系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)目前主要有兩種，即“支管輪灌”和“長(zhǎng)、短支管輪灌”兩種布局方式。

（1）方案一（支管輪灌方案）：管網(wǎng)由干管—分干管—支管—毛管組成，干管由首部引出連接?xùn)|西兩側(cè)的干管，分干管垂直于干管布置，支管垂直于分干管布置，分干管、毛管鋪設(shè)方向與種植方向相同，干管、支管垂直于種植方向。干管、分干管采用UPVC管，埋于地表下；支管采用PE管，通過(guò)豎管于分干管連接，鋪設(shè)于地表；毛管利用按扣三通連接在支管，鋪設(shè)于地表。豎管通過(guò)三通連接兩條支管。布置見(jiàn)圖3。

表2 尉犁縣滴灌區(qū)系統(tǒng)劃分

圖3 支管輪灌方案示意圖

（2）方案二（長(zhǎng)、短支管輪灌方案）：管網(wǎng)組成同方案一，所不同的是從同一個(gè)豎管通過(guò)三通一側(cè)同時(shí)連接長(zhǎng)、短兩條支管，即一個(gè)豎管同時(shí)連接四條長(zhǎng)短支管。短支管長(zhǎng)度為長(zhǎng)支管的一半，長(zhǎng)支管前1/2 長(zhǎng)度為盲管，后1/2 長(zhǎng)度為多孔管，每個(gè)支管均由球閥控制。布置見(jiàn)圖4。

圖4 長(zhǎng)、短支管輪灌方

綜上，兩個(gè)方案在輪灌組數(shù)相同的情況下，方案二地面支管、管件用量雖然較方案一要多，但地埋管材管件用量比方案一少。兩者相較，方案二投資較低；地埋管件折舊年限長(zhǎng)，地面管材管件折舊年限短，方案一在年更新費(fèi)用上略有優(yōu)勢(shì)；方案二由于管道連接件多，易丟、易壞，每年保管較為繁瑣。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展分析，實(shí)行自動(dòng)化滴灌技術(shù)是未來(lái)幾年的必然趨勢(shì)。目前，用于控制閥門(mén)自動(dòng)啟閉的電磁閥價(jià)格很昂貴，方案二的閥門(mén)較多，投資必然大于方案一，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)分析方案二不具備價(jià)格優(yōu)勢(shì)。因此，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式選用方案一，即支管輪灌方案。

4 結(jié)語(yǔ)

干旱牧區(qū)水資源短缺，生態(tài)環(huán)境惡化已成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，現(xiàn)狀對(duì)適宜當(dāng)?shù)氐母咝Ч?jié)水灌溉模式和牧區(qū)典型節(jié)水灌區(qū)設(shè)計(jì)方案的需求與日俱增。因此，開(kāi)發(fā)適宜牧區(qū)地形、環(huán)境和水資源特點(diǎn)的專(zhuān)用高效節(jié)水灌溉模式非常必要。