小型农田水利高效节水探讨
摘要：以运城市盐湖区为例，以王范乡杜东庄 1#、2#井为典型田面，结合井灌区管灌方案，对小型农田水利高效节水进行了分析计算。结果表明，高效节水工程实施后提高了地下水资源和水井利用率，降低了农民灌溉成本，取得了较好的经济效益。
关键词：农田水利；高效节水；方案分析
1 概况
运城市盐湖区位于山西省南端，涑水河中游，东西宽 40km，南北长 62km，总面积 1237km2，其中山丘区 246km2，平原区 991km2。盐湖区纵贯涑水盆地的中间地带，地形变化较大，总地势南北高，中间低，由北向西南逐渐下降，北部为孤岛状的稷王山、黄土丘陵地区；中北部属涑水河冲湖积平原，中南部为湖泊分布的洼地；南部为巍峨陡峭的中条山及山前倾斜平原。盐湖区境内平原区有涑水河、姚暹渠两条主要河流。涑水河为黄河一级支流，姚暹渠为涑水河的一级支流。涑水河、姚暹渠均自东到西横贯盐湖区中部，二者均属季节性过境河流。在盐湖区境内北部和南部山区的一些沟谷中汛期有短暂性洪水径流，枯水季节在一些较深的沟谷中尚有少量清水流淌，但流量均在10L/s 以下，且流淌时段不长。另外在盐湖区南部中条山北侧呈串珠状分布着长年或季节性咸水湖泊，自东向西依次为苦池滩、汤里滩、鸭子池、盐湖、北门滩、硝池，其中以盐湖、硝池分布面积最大，且常年有水。盐湖区属于半干旱大陆性季风气候，全年受季风活动影响，一般每年 10 月至次年 5 月，受西伯利亚干冷气流控制，盛行东南风，
气候特点是降雨集中，且多雷暴雨。多年平均降雨量 537mm，最大降水量 890mm（1958 年），最小降雨量 290.5mm（1997 年），汛期降雨量占全年降雨量的 64%。多年平均蒸发量 2000mm（20cm 口径蒸发器数值），蒸发量是降雨量的 3 倍多。多年平均气温 12～4℃，极端最低气温-18．5℃，极端最高气温 42.7℃。无霜期 208d，最大冻土深度 0.45m。
2 运城市盐湖区小型农田水利现状
2010 年盐湖区被列入第二批中央财政小型农田水利重点县以来，大中型灌区的末级渠系配套和各小型灌区的节水灌溉工程建设速度明显加快。3 年内先后投资 6411.94 万元，完成了盐湖区境内尊村引黄灌区大部分末级渠系配套项目，修建末级渠道 454.398km，配套建筑物 14953 座（处），铺设输水管道 42.846km，新增引黄灌溉面积 1.33万 hm2，恢复、改善引黄灌溉面积 1.73 万 hm2。截止 2012 年底，盐湖区共建成各类灌溉工程 3568 处，其中大型灌区（尊村引黄灌区）1处，小型自流灌区 16 处，小型机电灌站 7 处，农用灌溉机井 3544眼。根据《运城市第二次水资源调查评价报告》，盐湖区水资源可利用量 8067 万 m3/a，其中地下水资源可开采量 7079 万 m3/a，地表水可开采量 988 万 m3/a。由于地表水缺乏，当地工、农业发展及生活用水主要依靠开采深层地下水。随着城市发展，农村产业结构调整，用水量增大，地下水多年平均开采量已达 11591 万 m3，为地下水可开采量的 1.6 倍；造成地下水严重超采，地下水位大幅下降，下降幅度从几十米到一百多米，并形成向四周扩散的漏斗区。
3 井灌区管灌工程规划
盐湖区 2013～2015 年规划的井灌区管灌主要集中在盐湖区北部的王范、上郭、冯村和南部的席张共 4 个乡镇，总规划纯井灌区管灌面积 0.37 万 hm2，根据灌区实际地形地貌特征和控制的面积，本次选择具有代表性的王范乡杜东庄东南的 1#，2#井的灌溉区域作为典型田面工程进行分析。
3.1 区内管网布置及输水管材选择
根据项目区地形条件、地块大小、地块形状、作物种植方向等条件，该地块共布设 1 根干管，6 根支管。干管长 567m，支管总长 3419m。支管垂直干管布设，间距 90m。管道埋深不小于 0.7m，给水栓间距40m，单个给水栓控制面积 0.44hm2。根据当地近年来建设管灌的经验，输水干支管采用本地普遍使用的 PVC 塑料管材，管道工作压力0.63MPa。
3.2 灌溉制度
3.2.1 灌溉定额
项目区种植作物为一年两季，小麦是需水量最大的作物；玉米、经济林灌水可避开小麦的灌水时间，按小麦灌溉计算设计流量。
3.3 单井控制面积复核
单井控制面积按公式A=QTtη/am计算。式中A为控制面积（hm2）；Q 为单井出水量，取 40～50m3/h；T 为灌水延续时间（10d）；t 为水泵工作时间，取 20h/d；a 为灌区内某种作物的种植比例 0.65％；m为灌区内相应作物的一次灌溉定额 39.8m3；η 为灌溉水利用系数，取
0.85。经计算，单井控制面积 262～327hm2，现有 2 眼水井单井出水能力 40～50m3/h，可满足灌溉要求。
3.4 管网水力计算
管径确定的方法采用经济流速法。经计算，干支管均采用公称直径准 110PVC 管道，管道强度等级均为 0.63MPa。管网水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。根据计算结果，干管水头损失 15.8m，最远的 6 支管末端为最不利点，到最不利点的干支管累计总水头损失30.8m。水源井动水位到井口地面高差 110m，井口地面高程 454.2m，最不利点地面高程 434.6m，地形高差-9.6m，加上井泵等水头损失，现有井泵 200QJ50-130/10 型难以满足灌溉要求，需对现有水泵更换为 200QJ50-156/12 型，配套功率 37kW。
3.5 管线附属构筑物
3.5.1 给水栓
斗管每 40m 布置 1 个 DN80mm 钢制给水栓，给水栓采用 C20 现浇混凝土护墩固定，出水口设 C20 现浇混凝土防冲池或预制 C30 混凝土防冲池。消能防冲池直径 0.5m，池深 0.3m，出水流道宽 0.3m，深0.25m，长 0.5m。现浇混凝土池壁厚 8cm，预制混凝土池壁最小厚度5cm。
3.5.2 进（排）气阀、分水阀
为方便控制分水和防止管道负压破坏，结合地形条件及设计纵坡，在管道隆起处设置进（排）气阀；干管、支管在分水口处设置 DN100截止阀分水，以便于分片浇灌及维修。阀井为直井式，根据管径及井
内阀件数量确定井径 1.2m 或 0.8m，井深 1.1～1.7m，采用 M7.5 水泥砂浆砌砖，底板为现浇 C20 混凝土，厚 10cm。盖板采用 C25 钢筋混凝土预制，人孔直径 600mm，井盖采用准 700 钢纤维混凝土井盖。井内设准 300 现浇 C15 混凝土集水坑一个。井内壁用 1∶2 水泥砂浆抹面，地基原土夯实。
4 结语
高效节水灌溉工程实施后，明显提高地下水资源和现有水井的利用率，节约水资源，有效缓解了区域水资源紧缺状况，降低农民灌溉成本，提高农民的种田积极性，对加快新农村建设具有重要意义。
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作者:谢莉 单位:运城市盐湖区水务局