小型农田水利高效节水分析

谢 莉

（运城市盐湖区水务局，山西 运城044000）

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。盐湖区全区水资源总量及可利用量如表1。

表1 盐湖区水资源总量及可利用量 单位：万m3

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。

小麦灌水定额按需水量最高灌浆期计算：

式中m为设计灌水定额（m3/hm2）；γd为土壤干容重（kN/m3），取14.2kN/m3；H为土壤计划湿润层深度（cm），取70cm；β1为适宜含水量上限，取田间持水量（22.5%）的0.85～0.95，即20.5%；β2为适宜含水量下限，取田间持水量（22.5%）的0.60～0.65，即14.5%；m=596m3/hm2。

按最大蒸发量5.5mm/d计算，并结合当地灌溉经验，灌水周期取10d。水泵工作时间为20h/d。

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φ110PVC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，计算结果如表2。

表2 管网水头损失计算结果

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φ700钢纤维混凝土井盖。井内设φ300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。