艾木都力·吾守尔

(新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)

1 工程概况

项目区位于阿克苏市喀拉塔勒镇英克艾日克村，总面积1613.33 hm2，其中种植面积1353.33 hm2(规划作物全部为棉花)。作为全市重要的粮棉生产基地，项目区目前还是以地面漫灌为主要灌溉形式，方法落后，管理粗放，造成灌区本来就缺乏的水资源浪费过多，春季、秋季缺水问题一直得不到解决。本项目区实施的高效节水工程设计采用“渠水加压滴灌”灌溉形式，总投资预算4469.96万元，工程建设期约6个月。

2 滴灌系统设计要点分析

2.1 滴灌系统总体规划

本项目采用的灌溉形式为：沉砂池→干管→分干管→支管→滴管带。根据项目区现有条田、渠系格局，共规划11个沉砂池，一个沉砂池平均控制160 hm2灌溉面积，每个沉砂池布设2个独立灌溉系统，一个独立系统灌溉面积为80 hm2左右(滴灌规划见表1)[1]。

表1 项目区滴灌规划表(部分)

2.2 滴灌系统各分项工程设计分析

2.2.1 水源工程设计分析

项目区以地表水为水源，本滴灌系统水源工程包括：引水渠、节制分水闸、沉砂池三部分。

(1)引水渠设计

①设计流量。根据灌溉面积和时间，本项目一个沉砂池(两个系统)设计流量共计500 m3/h，以此作为引水渠的设计流量Q设计算依据，由式(1)[2]，得Q设=0.14 m3/s。

(1)

式中：Q设为引水渠设计流量，m3/s；Q为管网设计流量，500 m3/h；η为引水渠道水利用系数，取0.99；t为3600 s/h。

②结构和尺寸设计。按项目区地形条件及水力条件，渠道纵坡设计1/1000。横断面设计为梯形，现浇C20混凝土板衬砌，防渗标号W6，抗冻标号F150，下设砂砾垫层。边坡系数1.50～1.75，渠深0.8 m，超高为0.3 m，糙率为0.017(结构图见图1)。

为防止渠道冻胀破坏，本项目采用置换法处理，用砂砾石置换渠床土，边坡和底板置换深度均取0.3 m。沿渠线每2.0 m设一条分逢，宽为2～3 cm，采用中密度苯板和聚氨酯填筑[3]。

图1 引水渠结构示意图

(2)节制分水闸设计

本项目节制分水闸设计采用C20现浇混凝土结构；闸门为平面钢闸门，启闭设备为手动螺杆式启闭机；工作桥采用预制C25钢筋混凝土结构。混凝土抗冻标号为F100、抗渗标号为W4，水泥选用普通硅酸盐水泥。鉴于建筑物稳定和防冻要求，砂砾石垫层设计厚度不小于30 cm。水闸过流净宽b由式(2)计算[4]，经计算b=0.8 m。本项目设计分水闸为单孔，设计闸门尺寸(宽×长)：0.8 m×0.7 m。

(2)

式中：Q为过闸设计流量，0.14 m3/s；H0为闸前水深或堰顶水头，计入行进流速水头，m；m为自由溢流的流量系数；n为闸孔孔数；σc为侧收缩系数；σs为淹没系数；g为重力加速度，9.8 m/s2。

(3)沉砂池设计

目前，新疆各大灌区滴灌系统的灌水器流道孔径一般为0.5～1.0 mm，要求过滤器拦截大于1/10的流道直径泥沙，即0.05～0.10 mm。本项目设计采用小于0.05 mm的泥沙粒径作为沉砂池的沉砂标准。沉砂池包括沉淀区和出水区两部分，具体设计如下：

①沉淀区。沉淀区为长条形，末端设C20钢筋混凝土板隔墙，多孔墙上游设置拦污栅(钢丝网)，采用现浇C20混凝土板衬砌结构[5]。

②出水区。在沉淀区的多孔墙后接出水区，水泵从出水区取水，小部分水从多孔墙的孔口进入出水区，采用C20现浇混凝土板衬砌结构(具体参数见表2)。

2.2.2 管网工程设计分析

(1)管网总体布置设计

本项目管网系统包括：干管、分干管、支管、毛管四级，总体布置方案采用“梳齿”型方式，具体如下(见图2)：①前池布置在地块中部高位处，干管为南北向布置，在分水口设置控制阀；②分干管均为东西向布置，首段设置控制阀门；③支管与作物种植方向垂直布置，首部设控制阀，地面铺设；④毛管顺作物种植方向与支管呈鱼骨状双向铺设[6]。

表2 沉砂池设计相关参数

图2 管网总体布置方案示意图

(2)管网材料设计

①干管、分干管材料。干管一般采用PVC管，根据工程经验，本项目设计干管、分干管均选择PVC管材，具有价格便宜、安装简单、寿命长、能适应一定程度不均匀沉降等优点。设计干管和分干管的工作压力分别为0.6 MPa、0.4 MPa，每段管长10 m，一端扩口，两管间采用承插方式连接，胶圈止水。

②支管材料。本项目支管设计选用低密度聚乙烯输水软管(非国标管)，工作压力0.25 MPa，由于支管采用低压输水软管，收管方便，造价价格低廉。

③毛管材料。毛管间距设计为1.20 m，滴头间距30 cm，选择φ16 mm单翼迷宫式滴灌带，其主要性能参数见表3。该产品为薄壁型，寿命为一个灌溉季节，之后厂家会有偿回收。该产品滴头与滴灌带连成一体，结构简单，铺设、安装方便。

表3 单翼迷宫式滴灌带性能参数

3 田间工程设计

3.1 田间基本参数设计

(1)灌溉指标设计

根据相关要求，本项目灌溉设计保证率要达到90%，灌溉水利用系数为0.9；根据项目区气候及工程经验，本灌区棉花设计耗水强度Ea=6.2 mm/d，种植模式采用“一膜两带灌八行”形式(见下图3)。

图3 项目区棉花种植模式示意图(单位：cm)

(2)滴灌基本参数设计

根据调查项目区沟灌种植的棉花主根深度一般大于60 cm，但由于沟灌与滴灌的灌溉模式不同，主根根系发育情况也不同。结合生产实践及试验资料，最终湿润层深度取50 cm。依据湿润层深度，本项目设计的滴灌系统基本参数见表4。

表4 滴灌系统基本参数统计表

3.2 灌溉制度设计

(1)灌水定额

灌水定额m是最重要的灌溉参数，决定了灌溉水量、灌溉制度等，计算公式见式(3)，经计算m=34.9 mm，等于349 m3/hm2。

m=Z·P·(θmax-θmin)/η

(3)

式中：Z为计划土壤湿润层深度，0.5 m；P为滴灌设计土壤湿润比，取31.4%；θmax、θmin为适宜土壤含水率上、下限，分别取90%、70%；η为滴灌水利用率，取90%。

(2)灌溉运行时间

在此以1条支管一次灌水延续时间t为分析对象，计算公式见式(4)，计算得t=4.65 h。设计系统1 d工作23.25 h，每天灌5轮，1个轮灌区5 d灌完，5 d为一个周期。本项目滴灌系统轮灌运行时间设计见表5。

t=m·Se·Sr/qd

(4)

式中：Se为滴头间距，0.3 m；Sr为滴灌带间距，1.2 m；qd为设计滴头流量，2.7 L/h。

表5 1-1号滴灌系统轮灌运行表

4 结 语

本项目区经过节水灌溉工程实施后，从根本上解决了春秋季灌溉缺水问题，灌溉用水量较改造前减少约50%左右，单位面积棉花产量增加约10%，且自动化程度高，大大减少了灌溉劳动力，取得了很好的经济、社会效益，受到了项目区人们的广泛好评。节水灌溉工程设计要立足项目区实际情况，不可盲目提高设计标准，做好建设成本控制。