冠县农田水利规水灌溉.docx

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冠县农田水利规水灌溉

冠县农田水利规水灌溉

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5.12.1节水灌溉发展现状及存在的主要问题

（1）节水灌溉发展的现状

截至2008年底，本县耕地面积118.54万亩，非耕地面积1.43万亩，灌溉面积110.97万亩，有效灌溉面积107.09万亩，节水灌溉工程面积8.16万亩，其中，管灌工程6.77万亩，喷灌0.05万亩，微灌0.09万亩，渠道防渗1.25万亩。

受经济条件等因素的制约，本县的节水灌溉工程发展速度缓慢，建设规模较小。

（2）存在的主要问题

1）土地管理体制制约工程发展

节水灌溉一个设计单元50－150亩，需要统一灌水，集约化管理，规模经营，而项目区仍实行家庭土地承包制，土地分散经营，户均耕地不足10亩，各农户之间思想不一致，给节水工程的建设和管理造成很大困难。

2）传统观念影响发展

不少群众仍无水源危机意识，固守“丰水丰收”的错误观念，不知道科学灌溉能增产，一直沿用传统的土渠输水、大畦田漫灌方式，对高效节水灌溉技术缺乏了解。

3）农民收入少，投入低

本县为农林大县，由于农业生产效益低，农民无力出资兴建节灌工程，常年维持传统灌溉方式，形成了低投入、低产出这种习惯性的生产观念，这是工程发展缓慢的主要原因。

5.12.2发展节水灌溉的必要性

（1）水资源现状的需要

本县是农林大县，灌溉用水占国民经济用水总量的88%以上，目前,作物灌溉仍沿用传统的土渠输水、畦田灌溉方式，灌溉水的利用系数不到0.6，水的浪费现象十分严重。

随着经济、社会的快速发展，水的供需矛盾将日趋突出。

项目区如不实行节水灌溉，将年年超采地下水，无法持续发展。

（2）农村经济发展的需要

本县农林业基础条件差，发展较为滞后，实施节水灌溉，可大大改善灌溉条件，能帮助其实现高产、优质、高效、低耗的发展目标，促进本县农村经济的快速发展。

（3）当地劳动力不足的需要。

劳动力输出是本县提高农民收入，保持社会稳定的重要措施，但同时也给农业生产带来诸多困难。

农田灌溉是一个系统工作，时间紧，强度大，束缚大量劳动力，每到灌溉季节，不少家庭烦亲求友、昼夜劳作，迫切要求兴建节灌工程，以减轻灌溉劳动强度，解除外出务工人员的后顾之忧。

5.12.3指导思想、基本原则及目标任务

（一）指导思想与原则

（1）指导思想

根据冠县自然、经济及社会现状，工程规划的指导思想为：

在保证可持续发展的前提下，尽量节省投资，确保国民经济又好又快发展。

（2）发展原则

根据本县实际情况，按照量力而行、注重实效的原则，大面积推广群众易于掌握和管理的低压管道输水灌溉工程，适度发展喷灌和微灌工程，并结合农艺节水技术，实行综合节水。

（3）规划依据

以《中华人民共和国水法》、《山东省节约用水办法》及中央、省、市有关文件和《冠县节水灌溉“十五”计划及2015年发展规划》为依据，因地制宜，注重实效，搞好规划。

（4）相关技术规范

《灌溉与排水技术规范》GB50288－99）、《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363－2006）等国家及行业相关技术标准；《水利水电工程设计概（估）算编制规定》及其它节水灌溉技术规程规范等。

（二）目标与任务

（1）发展目标与任务

目前，冠县井灌面积93.67万亩，引黄灌区渠末水质满足管灌要求的耕地还有3.16万亩，共有96.83万亩适合发展节水灌溉工程，除去现有的节水灌溉工程面积8.16万亩，还有88.67万亩耕地适宜发展高效节水灌溉工程。

根据冠县经济社会发展对节水灌溉的要求及水资源条件，规划2009-2010水平年建设建设建设灌溉工程4.19万亩，其中管灌工程3.19万亩，喷灌工程0.5万亩，微灌工程0.5万亩；规划2011-2015水平年建设灌溉工程40.38万亩，其中管灌工程33.38万亩，喷灌工程3.5万亩，微灌工程3.5万亩，并建立起完善的灌溉管理体制和运行机制，实施商品化供水，产业化管理；规划2016-2020水平年建设灌溉工程44.1万亩，其中管灌工程34.1万亩，喷灌工程5万亩，微灌工程5万亩；规划2009-2020和2010-2020水平年均建设灌溉工程88.67万亩，其中管灌工程70.67万亩，喷灌工程9万亩，微灌工程9万亩。

（2）工程建设目标和任务

工程建设的总体目标为2010-2020建设灌溉工程88.67万亩，其中管灌工程70.67万亩，喷灌工程9万亩，微灌工程9万亩。

新增节水能力4485万m3以上，新增有效灌溉面积12.88万亩，新增节水灌溉面积88.67万亩，水的利用率提高到70%以上。

（3）工程管理改革目标和任务

工程管理改革目标是计量供水，按量收费，灌溉用水商品化，任务是建立起完善的灌溉管理体制和运行机制。

5.12.4高效节水灌溉工程建设规划

（一）建设标准

（1）工程建设标准

工程建设标准定为优良等级。

（2）工程管理改革依据

工程管理改革依据是《中华人民共和国水法》、《山东省节约用水办法》及中央、省、市有关文件和《冠县节水灌溉“十五”计划及2015年发展规划》等有关法律法规，并根据冠县经济、社会的实际情况，因地制宜地进行工程管理制度改革。

（二）总体布局及发展重点

（1）节水灌溉发展总体布局

依据冠县水资源与水环境的承载能力和经济社会全面协调可持续发展的要求，全县节水灌溉工程发展总体布局如下：

1）井灌区全部建设为节水灌溉工程，并在其中的土地规模经营区发展喷灌工程，在大棚蔬菜、大棚果树和果树生产区发展微灌工程；

2）在河灌区的水源含沙量小，不造成管道淤积的区域发展管灌工程。

（2）发展重点

本县地势高亢，土质沙壤，地块平整，水资源贫乏，经济欠发达，土地分散经营，现阶段适合发展管灌工程，以后随着经济的发展及土地管理体制的变革，再大面积发展喷灌和微灌工程。

现阶段本县发展的重点工程为管灌工程。

工程管理拟采取承包制，实施商品化供水，产业化管理。

（3）分区发展策略

多年来，冠县在节水灌溉技术的发展方面作了大量工作，取得了一定的成绩，也积累了丰富经验。

一是制定优惠政策，加大工程投入，扶持、引导农民兴建工程；二是加大农业种植结构调整力度，逐步实行集约化大生产；三是加大宣传力度，增强群众的节水意识；四是加强管理人员培训，提高工程管理水平；五是创新灌溉管理机制，制定并实施了用水者协会监督，专业队供水收费的管理模式。

根据本县的实际情况，分区发展的策略定为先急后缓，指优先发展水资源最为短缺和群众投资最为积极的区域，并以此原则逐步安排。

各类工程发展的技术指标如下：

1）低压管道输水工程应符合下列要求：

   a.田间固定管道用量不应低于90m/hm2；

   b.支管间距，单向布置时不应大于75m，双向布置时不应大于150m；

  c.出水口（给水栓）间距不应大于100m，宜用软管与之连接进行灌溉；

   d.应设有安全保护装置。

严寒地区应布设排水、泄空及防冻害装置。

2）喷灌工程应符合下列要求：

 a.喷灌应满足均匀度要求，不得漏喷，不得产生地表径流；

  b.喷灌雾化指标应满足作物要求。

c.管道式喷灌系统应有控制、量测设备和安全保护装置；

  e.中心支轴式、平移式和绞盘式喷灌机组应保证运行安全、可靠。

3）微灌工程应符合下列要求：

a.微灌用水必须经过严格过滤、净化处理；

b.灌溉时应满足均匀度要求，不得产生地表径流；

   c.应安装控制、量测设备和安全保护装置；

e.条播作物移动式滴灌系统灌水毛管用量不应少于900m/hm2。

5.12.5节水灌溉工程典型设计

冠县节水灌溉工程规划采用低压管道输水灌溉、喷灌和微灌三种技术模式，由于不同的模式又有不同的工程类型，下面对本县常用的技术模式进行典型设计。

（一）低压管道输水灌溉工程

（1）基本情况

选定典型地块位于斜店乡张盘村西，地块南北长300m，东西宽160m，总面积72亩。

该地块为砂壤土，地势平坦，田间持水率为26%（重量），土壤容重为14.7KN/m3。

最大冻土深46cm，主要种植冬小麦、夏玉米。

在地块中部有机井一眼，井深60m，井径0.3m，水质良好，符合农业灌溉要求，单井出水量为30m3/h，静水位一般22m左右，动水位30m左右。

（2）系统规划

根据总体规划，该地块种植大田作物，采取低压管道输水灌溉形式，单井自成系统。

鉴于地块为长方形，输水管道南北布置，配水管道东西布置，每个系统布置一条输水管、三条配水管，配水管间距为100m，配水管上按装给水栓，间距为40m，工作时，一次开一个出水口，轮流灌溉,详见管灌工程典型块布置图。

（3）灌溉制度

1）灌水定额

m=1000γsh（β1-β2）

式中：

m—灌水定额，m3/hm2；

γs——土壤容重，γs=14.7kN/m3；

h—土壤计划湿润层深度，h=0.6m；

β1、β2—适宜含水量（重量百分比）上、下限，取田间持水量的90%、60%，田间持水率为26%。

经计算：

m=687.96m3/hm2,即m=45.9m3/亩。

2）灌水周期T

T=m/Ed

式中：

T—灌水周期，d；

Ed—作物日需水量，取Ed=4.0（m3/亩·d）

经计算：

T=11.5（d）。

3）灌水次数

根据当地有关试验资料，确定保证率50%水平年份，冬小麦灌水4次，夏玉米灌水2次；保证率75%水平年份，冬小麦灌水5次、夏玉米灌水2次。

（4）系统流量推算

1）管网流量

机井出水量为30m3/h,一个出水口工作，因此干支管的流量均为Q干=Q支=30m3/h；

2）水源平衡计算

单井控制面积A=Qη水t/m

式中:

A—单井控制面积（亩）

Q—机井出水量（m3/h），取Q=30m3/h

t—日工作时数，t=16h；

η水—系统水利用系数，η水=0.9。

计算得：

A=108亩），机井流量满足要求。

3）配水系统水力计算

沿程水头损失：

hf=fLQm/Db

局部水头损失：

hj=0.1hf

总水头损失：

h=1.1hf

对于塑料硬管：

m=1.77,b=4.77,f=94800

式中：

hf、hj、h——水头损失（m）

L——管道长度（m）。

管径确定采用公式：

D=18.8×（Q/V）0.5

式中:

V——管内经济流速（m/s），取V=1.2m/s；

计算得：

D=101.5mm，选取0.32MPa压力的Ø110标准PVC管材，内径按106mm计算。

由于本系统采取单个出水口工作方式，管网流量即为机井稳定出水量，以最远给水出口计算管网水头损失，则　　　　　　　　　　　　　　Q=30m3/h,L=220m。

经计算得：

h=2.06m。

（5）机电设备选择及首部枢纽设计

1）管网进口水头计算

管网进口水头为输配水管总水头损失，其值为给水栓要求的自由水头加上管网进口与给水栓进口高差之和。

本工程中给水栓要求自由水头2.0m,地形高差按0.5m计。

则管网进口水头为：

4.56m。

2）水源动水位埋深

本工程为30m。

3）水泵管水头损失计算

其中泵管水头损失按下式计算：

hb=6.25×104×Qm/DbL

式中：

Q为28m3/h；D为3”钢泵管，管径84mm；L为泵管长度33米，对于钢管f=6.25，m=1.9b=5.1

计算得：

hb=0.18（m）,

泵管局部损失取2.5m

则水泵管水头损失为2.68m。

4）水泵总扬程确定

水泵扬程=管网进口水头+水源动水位埋深+泵管水损

h=4.56+30+2.68=37.24（m）

5）首部枢纽设计

首部枢纽配置潜水泵、进排气阀、水表等设备。

根据QP=30m3/h，h=37.34m,选取200QJ32-39/3型潜水泵。

（6）工程投资概算

大田作物典型地块管灌工程总投资21626元，亩均投资300.36万元，详见管灌典型片工程投资概算表。

（二）喷灌工程

（1）基本情况

典型片位于店子乡东化村村南，地块南北长306m，东西宽250m，面积114.7亩，种植大田作物，采用半固定管道式喷灌系统。

该地块为沙壤土，干容量1.459g/cm3，田间持水量为23%（占干土），最大冻土层深度为46cm，地下水位埋深19.1m，现有机井一眼，动水位最大埋深30m，出水量30m3/h,水质矿化度1.4g/L左右，符合喷灌水质要求。

（2）系统设计参数

根据节水灌溉技术规范，考虑当地的实际种植情况，选用如下规划设计参数：

设计日耗水强度Ea=6mm/d；

设计土壤湿润比P>95%；

设计灌水均匀度Cu>75%；

灌溉水利用系数η=0.9。

（3）系统规划

机井位于地块北部，工程管网布置为干、支两级布置，引水干管南北向，长度120米，配水干管东西向埋设在地块中央，长度216m；喷洒支管为移动管道，配置2条，每条东西向埋设6条，其间距为120m，每条长度135m，总长度270m，配水干管上每54米配置1个阀门，支管上设置8个出水口，干管与支管用18米铝合金管连接。

。

主管道采用PVC塑料管，支管采用薄壁铝合金管，喷头选用ZY-2型，喷嘴直径7.0*3.1，工作压力0.25MPa时，喷头流量3.5m3/h，喷洒半径18.1m。

每条支管安装8个喷头，间距18米，共需喷头16个，干管埋设深度0.9m。

详见典型地块管网布置图。

（4）微喷工作制度及运行方案

1）灌水定额

m=EaT/η

式中：

m—设计灌水定额mm；

Ea—日耗水强度Ea=6mm/d

T—轮灌周期，取7天

η—微喷灌水利用系数，η=0.9

计算得m=46.7（mm）

2）一次灌水延续时间

t=mSeSl/ηq

式中：

Se—喷头间距m，Se=18m；

Sl—支管间距m，Sc=18m；

q—微喷头流量，q=3.5m3/h；

计算得t=4.3（h）

4）水源平衡计算

单井控制面积A=Qη水t/m

式中:

A—单井控制面积（亩）

Q—机井出水量（m3/h），取Q=30m3/h

t—日工作时数，t=18h；

η水—系统水利用系数，η水=0.9。

m=4m3/d

计算得：

A=121.5（亩），典型地块种植面积114.7亩，机井流量满足要求。

5）系统运行方案

典型灌溉系统每次1条支管、8个喷头工作，灌水时间4.3小时，灌水周期7天。

（5）系统流量计算

1）支管流量

Q支=3.5*8=28m3/h

2）干管流量

因为一条支管为一个轮灌组，故Q干=Q支=28（m3/h）

（6）管网水利计算

1）管道型号选择

工程干管选用φ110PVC管材（内径105.6mm），工作压力0.4Mpa,支管选用φ76铝合金管（内径73mm）。

2）水利计算

按最不利位置进行计算

а.干管的沿程水损

hf干=Q干mL干/D干b

式中：

f—沿程水损摩阻系数，f=9.48*104；

Q干——干管流量m3/h，Q=28m3/h；

L干——干管长度m，L干=120+186=306m；

D干——干管内径mm，D干=105.6mm；

m—流量指数，m=1.77；

b—管径指数，b=4.77；

计算得：

hf干=2.35（m）。

ь.支管沿程水损

hf支=fFL支Q支m/D支b

式中：

f—沿程水损摩阻系数，f=8.61*104；

F—多口系数，查表得：

F8=0.426

Q支——干管流量m3/h，Q=28m3/h；

L支——干管长度m，L干=135m；

D支——干管内径mm，D干=73mm；

m—流量指数，m=1.74；

b—管径指数，b=4.74；

计算得：

hf支=2.40

c.管网水损

h=（2.35+2.40）*1.1=5.23（m）。

（7）设备选择及首部枢纽设计

根据管网优化设计结果，最不利组合情况下的系统管网水损H＝H0+hs+hb+z+h

式中：

H为系统总扬程，H0为喷头进口压力，为25m；hs为首部枢纽水头损失，取3m；hb泵管水头损失，上面计算为0.18米；z为机井动水位与管网进口位置差，为30m。

则系统扬程：

H=25+3+0.18+30+5.23=63.41（m）

根据计算的系统流量和扬程，选取水泵如下：

水泵为200QJ32-65/5，同时配置15kw的变频恒压装置。

（8）首部枢纽设计

系统首部枢纽包括水泵、闸阀、进排气阀、水表、恒压变频装置、压力表等。

（9）工程投资概算

喷灌典型片工程概算总投资51609元，亩均投资449.95元，详见典型片计算表。

另外，大中型喷灌机组均价5万元，小型机组均价3万元，喷灌机组喷灌亩均投资481元。

（三）滴灌工程

（1）基本情况

滴灌典型工程位于前社庄村东，作物为大棚蔬菜，地块东西宽300m，南北长342m，面积128亩。

东西有6排，每排19个大棚，共计114个大棚。

大棚规格为48m×10m，东西向布置，大棚前后间距为5m。

大棚墙厚1.5米，每个大棚实际种植面积大棚区0.62亩，典型片面积70.5亩。

内南北向有3条宽4m的生产路。

该地块土壤为中壤土，干容重为1.45g/cm3，田间持水量为26%（占干土重），最大冻土层深为46cm，主要种植黄瓜、西红柿等蔬菜，南北向种植，大小行相间种植，小行间距为0.5m，大行间距为0.7m，每棚种植75行。

现有一眼机井，出水量40m3/小时左右，水位埋深19m，动水位最大深度为30m，水质矿化度小于1.5克/升，符合滴灌水质要求。

（2）系统设计参数

根据节水灌溉技术规范规定，考虑当地的实际条件和种植情况，选用如下规划设计参数：

1）设计日耗水强度Ea=9mm/d；

2）设计土壤湿润比P=65%；

3）设计灌水均匀度Cu=95%；

4）灌溉水利用系数η=0.95。

（3）灌水器选择

根据大棚蔬菜的种植特点,灌水器选用外径16mm、壁厚0.6mm（工作压力10m时，单滴头流量2.8L/h）、滴头间距0.3m的内镶式滴灌管。

（4）系统规划

棚外供水系统采用变频调速恒压设备，机井房内配有水泵一台、恒压变频设备一套。

水泵出水口处依次安装进排气阀、水表、过滤器、压力表等，供水干管、分干管埋设在地下，分干管进入大棚后，设立一个进棚水表，水表后依次连接阀门、施肥器、过滤器、滴灌支管和毛管。

系统设一条干管和3条分干管，干管平行大棚东西向布置，支管垂直大棚南北向布置，埋设在2排大棚中间的生产路一侧，控制2排计38个大棚。

主干管长200m，分干管3条，总长度810m。

支管长为50米，滴灌毛管沿种植行铺设，每个大棚75条，长度8.5m。

详见典型地块管网平面布置图。

据上述布置，可计算出大棚蔬菜滴灌的实际湿润比：

P=BLm/（bLm）

式中：

B为地面以下20m处的湿润带宽度，此处采用的滴头流量为2.8L/h，土质为砂壤土，根据灌溉规范和当地灌溉试验资料，查知B=0.4m;Lm为大棚内单根滴灌毛管的长度，Lm=8.5m；b为大棚内单根毛管的间距，b=0.6m。

则：

P=0.4×8.5÷（0.6×8.5）=66.7%>65%

故此布置满足设计湿润比要求。

（５）灌溉制度

1）一次灌溉用水量

m=0.1（θmax－θmin）ZPγ/η

式中，m为设计灌水定额，mm;θmax,θmin为适宜土壤含水率上下限（占干土重的%）；θmin=0.65θmax;Z为计划湿润土层深，取0.6m；P为土壤湿润比，为66.7%;γ为土壤容重，γ=1.45g/cm3;η为灌溉水利用系数，η=0.95。

计算得：

m=21（mm）。

2）灌水间隔时间

T=mη/Ea

T=21×0.95/9=2.2（d）。

3）一次灌水延续时间

t=mSeSl/qη

式中：

Se、Sl分别为滴头和毛管间距，Se=0.3m,Sl=0.6m;q为滴头流量，q=2.8L/h;其余符号意义同前。

计算得：

t=21×0.3×0.6÷（2.8×0.95）=1.4（h）。

（6）灌溉系统工作制度

根据蔬菜需水特点，规划的灌溉系统采用变频恒压供水管网系统，由于管网的压力恒定，采取随机供水的工作制度，单棚可随时用水灌溉。

系统水源单井出水量为40m3/h，单棚滴灌进棚流量为6.4m3/h，即系统最多满足6个大棚同时灌溉,也即各轮灌组内的大棚数量最多6个。

（7）系统流量推算

1）水源平衡计算

单井控制面积A=Qη水t/m

式中:

A—单井控制面积（亩）

Q—机井出水量（m3/h），取Q=40m3/h

t—日工作时数，t=18h；

η水—系统水利用系数，η水=0.95。

计算得：

A=114（亩），典型地块种植面积70.5亩，机井流量满足要求。

2）毛管流量

Q毛=qLm/a

式中：

Q毛为一条毛管的进口流量（1/h）;Lm为一条毛管的长度（m），Lm=8.5m;a为滴头间距（m）,a=0.3m。

计算得：

Q毛=2.8×8.5÷0.3=79.3（L/h）

3）支管流量

Q支=Q毛（L支/b+1）

式中：

Q支为一条支管的进口流量，m3/h;L支为一条支管的长度（m）,为48m，B为毛管布置间距（m）,为0.6米。

计算得：

Q支=79.3×（48÷0.6+1）=6423（1/h）

4）干管流量

设计中考虑最不利组合因素，以水源供水量集中控制6个大棚同时灌溉设计管网流量，即Q=38.5m3/h。

（8）管网水力计算

1）管网规划

由于每个大棚的支管入口流量、各级管道长度已定，考虑随机供水方式，按系统工作制度，以工程总体造价和运行费最经济的原则优化设计，求出支管、分干管、干管、主干管的管径及大棚滴灌管网的进口压力和流量。

规划设计结果如下：

主干管、干管、分干管均采用0.4MPa压力的UPVC管道，其中主干管规格为ø110（内径105.6mm）、分干管规格为ø90（管内径86mm）；棚内支管采用0.4MPa压力的ø32PE管材。

2）水力计算

工程按轮灌方式进行水力计算。

a.干管的沿程水损

hf=fQ1mL1/Db+fQ2mL2/Db

式中：

Q1=25.7m3/hL1=L2=100mD=105.6mm

Q2=12.8m3/hL2=100m

其它符号同前

计算得：

hj=0.85（m）；

b.分干管的沿程水损

hf分=fQmLF/Db

式中：

Q分=12.8m3/hL分=270mD=86mmF为多口系数，查表得出口为80的F=0.371

计算得：

hf分=0.51（m）；

c.棚内支管沿程水损

hf支=fQmLF/Db

式中：

Q支=38.5÷6=6.41（m3/h）L支=50mD支=29mm

查表得出口为75的F=0.364。

计算得hf支=4.89（m）；

d.管网水损

管网局部水损按沿程水损的10%计算。

h=（0.85+0.51+4.89）×1.1=6.88（m）。

（９）总扬程确定及水泵选型

根据管网优化设计结果，最不利组合情况下的系统管网水损H＝H0+hs+hb+z+h

式中：

H为系统总扬程，H0为毛管进口压力，为10m；hs为首部枢纽水头损失，取3m；hb泵管水头损失，上面计算为0.18米；z为机井动水位与管网进口位置差，为30m。

则系统扬程：

H=10+3+0.18+30+6.88=50.06（m）

根据计算的系统流量和扬程，选取水泵如下：

水泵为200QJ40-52/4，同时配置11kw的变频恒压装置。

（10）首部枢纽设计

滴灌系统机房内部首部枢纽设计：

在大棚滴灌管网的首部包括水泵、进排气阀、水表、过滤器、压力表等设施，并设一套恒压变频装置。

大棚内部首部枢纽设计：

支管首配置DN32水表、