節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

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【摘要】在新時期的發(fā)展下，農(nóng)業(yè)水利建設(shè)是一項(xiàng)十分關(guān)鍵性工作，傳統(tǒng)農(nóng)田灌溉方式已經(jīng)隨著時代的發(fā)展而逐步退化，取而代之的是節(jié)水灌溉。特別在我國某些較為干旱的省份地區(qū)，大力興修節(jié)能灌溉工程就顯得十分有必要。高效節(jié)能灌溉工程能夠從根本上實(shí)現(xiàn)對水資源的有效利用，避免水資源的浪費(fèi)，從而推進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收，全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文主要從高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入的研究。

【關(guān)鍵詞】高效節(jié)水；灌溉工程；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

盡管我國地大物博，各類資源儲量十分豐富，但由于我國人口基數(shù)非常大，人均資源占有量也就相對較少。尤其在水資源方面，不光存在著缺水問題，甚至部分省區(qū)存在著水資源分布不均的問題。因此在我國農(nóng)業(yè)灌溉用水較多的地區(qū)建設(shè)高效的節(jié)水灌溉工程，可以促進(jìn)水資源利用的最大化，更好推動我國農(nóng)田產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展，促使其朝向科技化、產(chǎn)業(yè)化及工業(yè)現(xiàn)代化方向發(fā)展。

1工程案例

我國某縣位于廣西西部，該地區(qū)位屬熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，且季節(jié)性雨量充沛，但是卻出現(xiàn)年度降雨分布不均的問題發(fā)生，該地區(qū)每年在8月末到次年的2月為枯水期。據(jù)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的需求，盡管該縣市的農(nóng)作物用水在季節(jié)及用量上都是充足的，但是隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，經(jīng)農(nóng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，冬季用水作物不斷的增加，該地區(qū)季節(jié)性缺水的現(xiàn)象卻成為了困擾農(nóng)民的最大問題。因此我國針對該地區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)了高效節(jié)水灌溉工程項(xiàng)目，其總投資達(dá)到1500萬元，項(xiàng)目總面積在8000畝，并主要對柑橘實(shí)行了管道灌溉。為了有效降低工程實(shí)際造價，只能通過在灌溉工程設(shè)計(jì)上不斷的優(yōu)化系統(tǒng)流量、灌溉工程制度以及管材的選取上做好相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整，從而推動高效節(jié)水灌溉技術(shù)的不斷應(yīng)用。本文在以下篇幅中著重就高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行如下分析，（圖1為某縣高效節(jié)水灌溉示范區(qū)圖）。

2新時期高效節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1田間管道工程設(shè)計(jì)

在上述工程項(xiàng)目中，田間管道工程設(shè)計(jì)主要分為干管和支管兩部分。在干管輸水流量的設(shè)計(jì)上，參考已經(jīng)設(shè)計(jì)好的實(shí)際灌溉面積、灌溉制度和調(diào)度管理方式等作為依據(jù)，并通過管道直徑、管材公稱壓力級別以及水力計(jì)算結(jié)果來進(jìn)行詳細(xì)的確認(rèn)。管道的布置要同水源和設(shè)定的灌溉區(qū)位置相一致，按照輪灌組的劃分、管道流量來作為參考依據(jù)；支管在進(jìn)行間距設(shè)計(jì)上，要控制在85~110m之間，水栓間距要留出50m左右。與此同時，在具體灌溉時要采用雙向灌水的方式進(jìn)行，管道按照直線來布置，以此來避免彎道因起伏現(xiàn)象而出現(xiàn)阻力。支管可分為一級支管和二級支管，且一級支管要同干管進(jìn)行連接，二級支管根據(jù)實(shí)際分灌片不同來具體設(shè)定，通常會與一級支管正交連接[1]。

2.2高效節(jié)水灌溉工作制度的優(yōu)化創(chuàng)新

在高效節(jié)水灌溉工程的設(shè)計(jì)中，為了減少投資成本和方便工程管理，通常要進(jìn)行分組輪灌。在具體實(shí)行輪灌組的劃分中，一定要確保在每次灌溉周期內(nèi)完成作物的1~2次灌溉，同時還要盡量爭取在一天時間內(nèi)完成更多的分組灌溉。通常情況下，在灌溉定額的情況下，要盡量使灌溉組的實(shí)際灌溉面積接近或相等，只有這樣才能確保所選擇的管徑更加的合理，以此來達(dá)到節(jié)省投資的最佳效果。輪灌溉組所應(yīng)用到的運(yùn)算公式為N≤CT/t。公式中的N代表的是輪灌組數(shù)；C則為工作一天的運(yùn)行時間，一般在12~21h即可，且運(yùn)行時間不宜過長，盡可能不要超過21h；T在公式中所表示的是灌水周期，一般灌水周期的設(shè)定按照灌水期的最大澆灌量及灌水定額來相繼確定的，一般設(shè)定為5~16d為好；t則代表著每一次灌水延續(xù)時長。通常情況下輪灌組的劃分設(shè)計(jì)不要過于復(fù)雜，不然就會出現(xiàn)額外增至勞動成本，又增添了施工期內(nèi)的運(yùn)行成本，最終不利于節(jié)水灌溉工程效益的發(fā)揮。上述工程中，將高效節(jié)水灌溉工程共劃分成6個輪灌片，54個輪灌組[2]。

2.3管道灌溉工程中的流量優(yōu)化

在高效節(jié)水灌溉過程中，管道灌溉系統(tǒng)在實(shí)際的流量設(shè)計(jì)上通常會參照以下公式進(jìn)行計(jì)算：Q0=eiΣαimiTΣΣAtδ。其中，根據(jù)所列出的公式進(jìn)行參照，管道灌溉系統(tǒng)當(dāng)中的主管、分干管及干管等具體流量設(shè)計(jì)，是按照各個灌溉片區(qū)最大輪灌組的流量來進(jìn)行確定的。在上邊流量的計(jì)算公式中，通常都要特別注意Ti和t的取值，因一般管道本身的灌溉系統(tǒng)是要實(shí)現(xiàn)田間輸水灌溉，且要與水栓及出水口進(jìn)行相應(yīng)的配合。T在工時表中表示為工程系統(tǒng)的工作時間，其選值直接同出水口及出水后的灌溉有關(guān)。通常在方案的設(shè)計(jì)上，在出口位置處接上軟管，并采取人工的方式來進(jìn)行澆灌，其澆灌時間大約是7~11h。從現(xiàn)有的理論上來看，其方案設(shè)計(jì)具有一定的可行性，但是在具體操作中，如果進(jìn)行大面積的澆灌，則根本無法做到每一個出口位置上都相應(yīng)安插一名勞動人員，每天至少灌注7h?；诖耍诰唧w優(yōu)化設(shè)計(jì)上，結(jié)合出水口位置，將其與需要澆灌的田相結(jié)合，充分的實(shí)施自流灌溉，其做法是最為可取的。一般說來，自由灌溉時間要保證每天在19~21h以內(nèi)。結(jié)合一次灌水的延續(xù)時間來進(jìn)行考慮，輪灌組在劃分上要能保證在灌水周期內(nèi)，每天必須要對每種作物實(shí)行1~2次的灌溉。以上述某地區(qū)高效節(jié)水灌溉示范區(qū)為例來繼續(xù)論述灌溉流量的設(shè)計(jì)：該工程項(xiàng)目示范區(qū)內(nèi)有一片低壓管灌區(qū)，所種植的是金銀花，其灌溉面積為462500m2（約700畝），灌溉水主要來源于附近的干渠，在日常灌溉之間都會先進(jìn)行低壓處理，其管網(wǎng)主要由干管、支管以及分干管組合而成，每一支管相隔45m處就會設(shè)立一個灌樁，共設(shè)立185個[3]。結(jié)合金銀花生長周期的需要，具體灌溉周期為5d，一次持續(xù)灌溉23h，根據(jù)上述輪灌組計(jì)算公式N≤CT/t得知，其輪灌組數(shù)不能超過5，結(jié)合管網(wǎng)實(shí)際情況，秉承著節(jié)約成本的管理理念，該示范區(qū)被劃分成5個輪灌組，每天一組，這樣就可以很好的規(guī)避掉傳統(tǒng)灌溉時需要同時打開185個管樁而造成的管道流量遞增、水資源大量浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生。

2.4高效節(jié)水灌溉管材選取上的優(yōu)化

為了快速實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水灌溉優(yōu)化設(shè)計(jì)，除了對工作制度及流量實(shí)行優(yōu)化外，還要對實(shí)際管材進(jìn)行擇優(yōu)選取。在其工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，通常都會用到大量的管道，而市場中針對這些管道無論從實(shí)用性上還是價格方面，都存有較大的差異。因此這就需要在高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)上，需要選擇適宜的管材[4]。當(dāng)前國內(nèi)節(jié)水灌溉中經(jīng)常用到的輸水壓力管主要分為：石英玻璃管、無縫鋼管、鍍鋅鋼管、硬聚氯乙烯、焊接鋼管以及聚氯乙烯等。其每種管都有著各不相同的優(yōu)缺點(diǎn)。但是從整體上來說，鋼管自身存有的承載能力較強(qiáng)，且不易被損壞。但是存有的弊端是價格十分昂貴，在長時間的使用中容易被銹蝕，水頭自身的損失較大。而市面上的一些塑料水管，因其較為輕便，且最大的優(yōu)點(diǎn)在于耐腐蝕性較好，不會輕易地生銹，因此不少灌溉基地經(jīng)常使用它。但是塑料管自身也會受到外界溫度的影響，容易老化，并且當(dāng)直徑超過220mm后，其價格會比鋼管的價格還要昂貴許多。在上述高效節(jié)水灌溉工程項(xiàng)目中，在直徑小于220mm時，所采用的是塑料管，在其直徑超過220mm時，則改換為鋼管，并定期對鋼管進(jìn)行防腐銹處理。在上文所闡述的高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合各類管材自身獨(dú)有的特性，合理的購置管材類型，這在一定程度上能夠減少網(wǎng)管工程的實(shí)際投資量[5]。

3某地百香果種植高效節(jié)水工程實(shí)例

某地百香果種植高效節(jié)水工程發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積1840畝，百香果種植示范園初步確定采用滴灌的形式。種植模式采用行距2.5m，株距2.0m，滴灌布置方式采用一管一行的形式，毛管沿作物種植方向布置。本次設(shè)計(jì)滴灌的干管、支管管材材質(zhì)為PVC，毛管均采用PE管。項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容如下（見圖2）：（1）水源工程：在崠包屯東面興科河水源點(diǎn)處新建一座攔水堰壩及一座泵站，泵站總裝機(jī)容量150kW；在虎頭水庫庫尾建設(shè)高位水池一座及過濾房一座以及配套設(shè)施。（2）輸配水管網(wǎng)工程：輸水管由興科河水源點(diǎn)引水至高位水池，全段為長1880mDN300鍍鋅鋼管；配水管網(wǎng)包括主干管、分干管、支管等總長16060m，分別引至各個灌片。（3）田間工程：毛管（滴灌管）沿百香果種植行即順坡方向布置，根據(jù)地形條件在支管兩側(cè)雙向或單側(cè)埋設(shè)。整個項(xiàng)目區(qū)實(shí)現(xiàn)百香果滴灌面積1840畝。

4結(jié)語

總之，伴隨著我國農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)的蓬勃發(fā)展，農(nóng)田水利建設(shè)中高效節(jié)水灌溉技術(shù)得到了深入的推廣及應(yīng)用，繼而有效地緩解了我國水資源日漸短缺的問題。但我國高效節(jié)水灌溉工程在實(shí)際建設(shè)中會需要消耗大量的資金，且大范圍的推廣仍存有一定的難度。因此，我國要對高效節(jié)水灌溉工程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，只有將其工程進(jìn)行合理的規(guī)劃，才能將高效節(jié)水灌溉工程更好的進(jìn)行發(fā)展及推廣。

參考文獻(xiàn)

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作者:韋盧星 單位:廣西河池水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院