石渠縣牧區飼草料地高效節水灌溉項目噴灌方式設計及應用淺析

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(四川省水利電力工程建設監理中心，成都，610072)

1 項目及項目區概況

四川是一個水資源總量相對豐富的省份，但由于時空分布不均，導致局部地區水資源短缺，水旱災害頻繁，特別是在高原地區日趨突出，水資源的短缺正逐步制約著高原特色農牧業的發展。四川省牧區飼草料地的建設是在近20年開始提出并發展的，特別是近10年來，牧區水利發展迅速，陸續開展了較大規模的高效節水灌溉項目建設，發展規?；澦喔蕊暡萘匣?，著力解決牧區的水問題和草問題。

石渠縣位于四川省最北端，北緯32°19′～34°20′，東經97°20′～99°16′，地處青藏高原東南緣的川、青、藏三省區結合部，距康定696km，距成都1070km，境內平均海拔4000m，年均總降水量570.6mm，年均氣溫在-8.7℃～5.6℃之間，平均蒸發量為1312.6mm，平均無霜期只有21.1d，平均風速為2.6m/s。全縣除南面金沙江河谷地帶有農耕地0.32萬hm2、林地0.57萬hm2外，其余地區都是草原，可利用草地面積190.83萬hm2，占土地總面積的75.91%，有“四川省第一畜牧業大縣”之稱，畜牧業是農牧民的主要經濟來源。石渠縣是長江、黃河兩大水系上游發源區，長江水系雅礱江和金沙江兩大主干流縱貫全境，黃河源區支流“查曲河”跨及縣域北部。

2 項目建設的必要性和可行性

石渠縣牧區環境條件十分惡劣，草地生態先天脆弱，全縣畜牧業基礎相當薄弱。牧區的抗災保畜打貯草基地缺乏，草產業規劃滯后，產業體系不健全，草地生產力水平低，冬季牲畜因饑餓死亡率較高，季節性供需矛盾非常突出，草料加工不足，市場機制缺失，缺乏草業龍頭企業和產品品牌，草產業尚處于起步階段；草地經營管理粗放，自然災害頻繁，牧草產量低，嚴重制約了牧區經濟社會的發展。

畜牧業的可持續發展依賴于草業生產，沒有草業的大建設就沒有畜牧業的大發展，石渠縣畜牧業正在由傳統畜牧業向現代畜牧業轉變，不僅注重提高產量，還強調產品品種內在質量，因此對牧區草場灌溉提出了“精細”的要求。自2012年以來，全縣連續實施小型農田水利項目和生態功能區轉移支付資金建設項目，在節水灌溉方面有了良好的基礎，并取得了一定的經濟效益，對牧區農牧民的經濟收入和藏區穩定起到了較大的促進作用。

3 建設內容及工程設計

3.1 建設內容

建設牧區高效節水灌溉面積70hm2，采用噴灌方式。項目區位于石渠縣長須干瑪鄉，主要種植牧草。項目區根據地形，劃分為6塊灌溉小區，每塊灌溉小區面積為10hm2～13.33hm2。共新建取水大壩1座，新建沉沙池1座，新建灌溉調節池1座，鋪設灌溉管道9.1km，安裝離心式過濾器6套、閥門330個、閥門井162個。工程等別為Ⅴ等，主要建筑物等級為5級，次要建筑等級為5級。水源位于雅礱江的一級支溝，灌溉保證率為85%。

3.2 取水工程設計

由于水源為溪溝水，采用重力自流方式引至灌區，設計在水源處修建混凝土重力攔水壩，大壩主要由溢流段、非溢流段、邊墻及消力池等組成。為確保灌溉區灌溉季節水量和灌溉噴頭的正常使用，在取水大壩下游右側修建沉沙池和灌溉調節池各1座。沉沙池型式采用條帶形結構型式，前端采用管道引水，沉沙池進口段采用雙側擴散布置，同時設置與池廂潛沒隔墻相對應的導流墻，池廂橫斷面采用矩形斷面；灌溉調節池為方形，深4m；兩座構筑物均采用C25鋼筋混凝土結構。

3.3 灌溉工程設計

根據項目區地形情況、工程投資、運行管理難易度、人員技術水平等方面進行比較，結合項目區農牧民文化水平和勞動力實際情況，確定在本項目區采用固定管道式噴灌是最簡單、最合理、最便于操作的灌溉方式。

表1 牧區飼草料地常用灌溉模式技術特點

3.3.1 灌溉制度的擬定

項目區土壤為草甸含礫石砂壤土，土壤干容量1.32g/cm3，田間持水量(重量百分比)22%，牧草日最大需水量4.0mm/d，計劃濕潤層深35cm。根據《噴灌工程技術規范》(GB/T50085-2007)4.3.2條，設計灌水定額為：

m噴灌=1000γh(β1-β2)

式中：m噴灌——設計凈灌水定額，mm；

γ——土壤容重(g/cm3)，取值1.32g/cm3；

h——計劃濕潤層深度(m)，取值0.35m；

β1——適宜土壤含水量上限，取田間持水量的90%；

β2——適宜土壤含水量下限，取田間持水量的62%。

經計算，確定本次設計灌水定額取值為24m3/畝；

3.3.2 灌水周期

根據灌水臨界期作物最大日需水量值，按下式計算理論灌水周期。因實際灌水中可能會出現停水、配水設備故障等原因，故設計灌水周期應小于理論灌溉周期。

T理=m/ETc噴灌>T設

式中：T理——理論灌水周期，(d)；

ETc噴灌——控制區內牧草最大日需水量，4.0mm/d；

T設——設計灌水周期，(d)；

m——設計灌水凈定額，mm。

經計算，T噴灌=35.9×0.85÷4.0=7.6d，取T設=7d。

3.3.3 設計流量

灌溉系統設計流量，按下式計算：

式中：Q——噴灌系統設計流量，m3/h；

qp——設計工作壓力下的噴頭流量，m3/h；

np——同時工作的噴頭數目；

ηa——管道系統水利用系數，取0.95；

經計算，灌溉系統設計流量Q0=144m3/h。

3.3.4 噴灌系統設備

噴灌系統設備主要由過濾器、閘閥、灌溉管道、噴頭等組成。

3.3.5 噴頭選型與組合

3.3.6 噴灌工作制度

根據項目區的實際情況，結合種植的牧草種類和種植方式，從降低工程投資、提高人工控制灌水的工作效率出發，采用輪灌的方式。經計算，噴點工作時間3.29h，每個小區同時運行支管數①或②根交互排列，即每個小區6個噴頭。

3.3.7 管道選材及管徑計算

綜合考慮項目區實際情況，并通過對各種管材特性、經濟等進行比較和選擇后，確定灌溉管道采用PE管。管徑的確定采用經濟流速法，選取管道經濟流速=1.5m/s，按下列公式計算管徑：

式中：d——管道計算直徑(內徑)，mm；

ν——管道內的經濟流速，m/s；

Q設——計算管段的設計流量，m3/h。

3.3.8 管網水頭損失計算

比較兩組患者護理結果，研究組進食時間、排氣時間及血糖值均優于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)，見表1。

管道沿程水頭損失，按下式計算：

式中：hf——沿程水頭損失，m；

f——摩阻系數，f=0.948×105；

L——管長，m；

Q——流量，m3/h；

d——管內徑，mm；

m——流量指數，m=1.77；

b——管徑指數，b=4.77。

管道局部水頭損失，近似按沿程水頭損失的10%計入。

3.3.9 噴灌支管噴頭壓力校核

本次工程噴灌支管設計為單根支管最大為6個噴頭，噴頭壓力校核采用以下方式：

式中：hw——同一支管上任意兩個噴頭間支管段水頭損失，m；

F——多口系數；

N——噴頭數；

X——多口出流支管首孔位置系數，即自該段支管入口至第一個噴頭的距離與噴頭間距之比；

m——流量指數，PE管取1.77；

△Z——與hw對應的兩噴頭的進水口高程差；

hj——局部水頭損失，取10%；

hp——噴頭設計工作壓力，m。

經計算，單個支管最大噴頭水頭損失為4.01m，能夠滿足噴灌的要求，且任意兩個噴頭之間的工作壓力差在設計噴頭工作壓力的20%之內。

3.3.10 防凍設計

本工程區屬高海拔亞寒帶氣候區，全年平均氣溫在-8.7℃～5.6℃之間，因此，需進行防凍設計，主要措施為：

(1)管道鋪設防凍：采取的防凍措施為鋪設在凍土層1.8m以下；

(2)排空管道內積水：采取的措施為支管鋪設時應坡向鋪管，并在每個區域的干、輔末端設置排空閥，管理人員在不運行系統時，開啟排空閥，把管道內的積水排空；

(3)采用防凍混凝土：施工中，在混凝土中添加抗凍劑，達到抗凍要求。

4 項目實施后的效益

4.1 經濟效益

項目建成后，將建成70hm2牧區草原節水灌溉區，結合該區域畜牧局和林業局項目的整合措施后，鮮草產量畝凈增產168kg，年增產鮮草17.64萬kg，折合干草畝凈增產42kg，年增產干草4.41萬kg，按石渠縣2016年干草價格2.5元/kg計，將年增加產值11.03萬元。

4.2 生態效益

項目實施后，將有利于水土保持和生態環境的改善，草原生態的自然修復，使人與自然更加完美的結合，協調發展。對保護生態平衡，促進生態系統的良好循環具有十分重要的作用。

4.3 社會效益

項目實施后，提高了灌溉水利用效率，從而節約了水資源，且不僅為廣大農牧民群眾安居樂業、發展生產、脫貧致富創造了條件，為石渠縣草原自身建設提供了保障，為輪牧、休牧打下了堅實的基礎，減輕了天然草場的載畜量，為天然草場的自然恢復創造了有利條件。同時也為發展地方民族經濟，促進社會主義的兩個文明建設，進一步密切黨群、干群關系，樹立政府威望，維護社會穩定提供了可靠保障，是一項利國利民的德政工程。

〔1〕包小慶，李振剛.牧區水利研究發展及發展動態[J].中國水利水電科學研究院學報，2008(9)：207-214.

〔2〕張文秀，云學峰.牧區灌溉節水節能技術措施綜合評價方法[J].農田水利與小水電，1994(4)：4-5.

〔3〕王 俊，李鐵男，王宏偉.高效節水灌溉工程設計要點[J].現代農業科技，2014(14)：198-200.

〔4〕李中華，王樹鵬，云學峰.高效節水灌溉工程優化設計要點[J].中國農村水利水電，2012(12)：23-25.