水利灌溉典型工程设计方案

附件：典型工程设计二〇一七年四月内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·1·典型工程设计1.1典型设计说明根据现有农田改造与新增农田灌溉不同、水源类型与单井出水量不同、耕地地形条件不同，选择不同的典型设计。地下水滴灌典型设计，选择坡耕地与平原耕地两种耕地类型和单井出水量及控制灌溉面积不同的四个组合类型。喷灌选择单机控制面积300亩、500亩两种控制灌溉面积和小型扬水站地表水水源、地下水水源两种水源类型组合的四个类型。畦田地面灌溉选择一种类型。实施方案共选择了滴灌、喷灌灌溉两种节水灌溉方式下的8个典型设计。8个典型区的主要指标详见表1.1-1。表1.1-1内蒙古“四个千万亩”典型工程设计类型耕地类型水源类型节水灌溉方式典型类型典型工程设计类型类型类型方式编号单井出水量或单机供水量（m3/h）单井或单机控制面积（亩）坡耕地地下水滴灌132181平原耕地232151350220480320地下水喷灌5（63+63）120500680300地表水71205008703001.2滴灌典型设计1.2.1水源工程设计滴灌工程水源工程设计包括水源井设计和井房设计。（1）更新水源井设计更新机井依据《机井技术规范》（GB/T50625-2010）并参考周边机井的设计进行。新打机井为混凝土管井和钢管井，混凝土管井主要分布在赤峰市和通辽市，新打水源井的原因是更新和重新布局调整。设计混凝土管井的内径为Φ300mm，壁厚50mm，下管深度为60m，其中沉淀管5m，滤水管40m，井壁实管15m。根据项目区水文地质情况，单井出水量分别为50m3/h和80m3/h。内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·2·（2）井房设计由于原有机电井和现有可利用机电井没有井房，本次设计为了保护配电设备、水泵和滴灌工程首部系统的正常工作，每眼机电井建一个机井管理房，单个井房建筑面积12m2，地面以上尺寸为：长×宽×高4×3×4.3m，基础采用砖砌体和混凝土圈梁结构，地上墙体采用砖砌体结构，井房内采用C15混凝土地面，房顶采用蓝色彩钢板。1.2.2滴灌节水灌溉制度设计（1）灌溉设计保证率依据《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006，《滴灌工程技术规范》GB/T50485-2009，确定设计灌溉保证率为85%。（2）基本资料项目区土壤主要为砂壤土，土壤干容重1.42g/cm3，田间持水率为23%，灌溉水利用系数为0.95，项目区主要种植作物为玉米。（3）滴灌灌溉制度设计①最大灌水定额计算最大灌水定额采用适宜水量法确定，采用公式：mmax=0.001γzp(θmax-θmin)式中mmax－最大净灌水定额（mm）；γ－土壤容重（g/cm3），1.42g/cm3；z－土壤计划湿润层深度（cm），取50cm；p－设计土壤湿润比，取75%；θmax－适宜土壤含水率上限（%），一般情况下玉米取田间持水率的80%-90%，本次设计取86%；θmin－适宜土壤含水率下限（%），一般情况下玉米取田间持水率的60%-70%，本次设计取65%。计算结果：ms=0.001×1.42×50×75×（19.78-14.95）=25.72mm上述计算结果为最大净灌水定额，实际需水要求可按下式确定：m≤ms，本次设计选取净灌溉定额为25.7mm（17m3/亩）。根据项目区灌溉实际情况，滴灌灌溉水利用系数取0.95，故滴灌毛灌溉定额为27mm（18m3/亩）。内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·3·②设计灌水周期的确定dmTET=6.1，取T=6天式中T－设计灌水周期，d；ETd－作物日蒸发蒸腾量，取设计代表年灌水高峰期平均值，取4.2mm/d。③作物灌溉制度在85%保证率时左右，查《内蒙古自治区主要作物灌溉制度与需水量等值线图》，并考虑采用膜下滴灌玉米灌水量减少20%左右，故项目区玉米需水量为290～269m3/亩），作物生育期有效降水量为180～125m3/亩），不考虑土壤储水量的差值，参考邻近类似地方的试验成果，确定玉米的净灌溉定额为110～144m3/亩，滴灌的灌溉水利用系数0.95时，节水灌溉毛定额为112～146m3/亩。P=85%时玉米滴灌设计灌溉定额计算见表1.2-1，玉米滴灌设计灌溉制度见表1.2-2及续表1.2-2。表1.2-1玉米滴灌设计灌溉定额计算表（P=85%）行政区作物需水量（m3/亩）有效降雨量（m3/亩）缺水量（m3/亩）净灌溉定额（m3/亩）毛灌溉定额（m3/亩）节水灌溉定额（m3/亩）呼伦贝尔290180110110116112兴安盟290165125125132130通辽市296165131131138136赤峰市296165131131138136乌兰察布市269125144144152146表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度地区灌溉形式作物灌水定额（m3/亩）灌水次数生育期及灌溉定额生育期灌溉定额（m3/亩）呼伦贝尔滴灌玉米101苗期112162拔节163抽雄112乳熟内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·4·续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度地区灌溉形式作物灌水定额（m3/亩）灌水次数生育期及灌溉定额生育期灌溉定额（m3/亩）兴安盟滴灌玉米121苗期130182拔节183抽雄142乳熟续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度地区灌溉形式作物灌水定额（m3/亩）灌水次数生育期及灌溉定额生育期灌溉定额（m3/亩）通辽市滴灌玉米141苗期136182拔节183抽雄162乳熟续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度地区灌溉形式作物灌水定额（m3/亩）灌水次数生育期及灌溉定额生育期灌溉定额（m3/亩）赤峰市滴灌玉米141苗期136182拔节183抽雄162乳熟续表1.2-2玉米滴灌设计灌溉制度地区灌溉形式作物灌水定额（m3/亩）灌水次数生育期及灌溉定额生育期灌溉定额（m3/亩）乌兰察布市滴灌玉米101苗期146183拔节183抽雄142乳熟④一次灌水延续时间根据选取毛管（滴灌带）参数计算一次灌水时间内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·5·elmSStq式中t－一次灌水延续时间，h；m－设计毛灌水定额，27mm；eS－灌水器间距，0.3m；lS－毛管间距，1m；q－灌水器设计流量，2.8L/h。经计算灌水器设计流量采用2.8L/h时，一次灌水延续时间为2.9h。1.2.3不同类型滴灌典型设计1.2.3.1有关技术规范与技术标准依据（1）《节水灌溉工程技术规范》GB/T50363-2006；（2）《机井技术规范》GB/T50625-2010；（3）《微灌工程技术规范》GB/T50485-2009；（4）《农田灌溉水质标准》GB5084-2005；1.2.3.2出水量32t/h的水源控制大田滴灌典型设计（坡耕地）以机电井作为灌溉水源，单井出水量为32m3/h，单井控制坡耕地面积为181亩，典型地块尺寸为360m×336m。（1）首部枢纽设计首部主要设备由施肥罐、过滤器及逆止阀等，地埋管坡度为1:2000，首端高末端低，管内积水向末端排水井排放。滴灌灌溉系统首部设有逆止阀、排气阀、压力表、水表、水嘴、过滤器、施肥罐。过滤器作用是将水中的固体大颗粒、藻类、漂浮物沉淀过滤，防止这些污物进入滴灌系统堵塞滴头或在系统中形成沉淀。过滤器有沉淀池、拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器等，各种过滤器可以在首部枢纽中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。根据项目区水中固体砂颗粒含量很少的情况，过滤设备采用3离心加网式过滤器，过流量32m3/h。在每个地块设置独立的施肥罐，施肥罐的作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、化学药品等在施肥罐内充分溶解，然后再通过滴灌系统输送到作物根部，便于作物吸收，充分发挥肥效，同时减少肥料浪费，内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·6·本系统选用容积为100升的施肥罐。（2）滴灌带选择根据目前国内市场上滴灌带的种类和水利性能，以及对各厂家滴灌带的应用调查，典型地块灌水器选择壁厚0.2mm的内镶式滴灌带，滴头工作压力为100KPa，滴头间距eS为0.3m，毛管布置间距lS为1m，滴水流量2.8L/h。（3）管网布设①分干管及给水栓：根据地块大小、作物种植方向、毛管最大铺设长度和毛管的布设情况（双向或单项），首先确定分干管的布设位置和布设方向（垂直于种植方向），根据支管的布设情况（双向或单项），再确定分干管的布设长度和给水栓布设位置。本次典型地块设计，共布设分干管3条，间距120m，每条分干管输水长度为308m，典型地块分干管的输水总长度为924m，考虑到运输、保管和施工安装过程中的损耗，实际管材总用量为970m。给水栓布设按照28m的间隔均匀布设在分干管上，典型地块共布设36个给水栓。②干管：干管布设应根据地形高差、水源井的位置、分干管的布设情况并考虑管网各节点的压力均衡进行布设。本次典型地块干管的布设为：在地块高程较高处垂直于分干管的位置布设一条干管，在这条干管的中间垂直方向再布设一条干管，与位于低处的水源井连接，干管输水长度为544m，考虑到运输、保管和施工安装过程中的损耗，实际管材总用量为571m。干管和分干管具体布设见图2，为避免冬季冻害，干管和分干管均采用地埋，管槽开挖根据《滴灌工程设计图集》及当地实际，沟槽断面为梯形，下口宽为管道外径加0.3，即下口取0.5m，上口宽取1.5m，管槽开挖深度根据当地冻深情况确定为1m，为便于施工弃土堆放在沟槽一侧0.3m以外，典型地块土方开挖、回填量均为2936m3。③支管（给水软管）：支管是根据水源井的出水量、灌水小区大小和布设方式（双向或单项）进行布设，为均衡毛管的压力，一般情况支管应布设在灌水小区的中央，并与毛管垂直，另外支管与分干管上的给水栓相连接，且平行于分干管，支管长度是由支管上的毛管数量确定的。本次典型地块支管的布设为：在每根分干管上平行于分干管方向布设12根支管，支管布设方式为双向，每条支管长度为28m，典型地块共设置36条支管，总长度为1008m，每条支管设置独立闸阀，并与分干管上的给水栓相连接。支管为地面管道，具体布设见图1-2-1。内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·7·④毛管：是直接向作物施水的管道，是滴灌系统中用量最多的管道，其作用是把管网中的压力水流均匀而稳定地分配到田间土壤，满足作物对水分的需要，还可随水施肥施药。毛管的布设是根据作物种植方向、作物种植行距、毛管单向最大铺设长度、支管中的水量和毛管的性能参数等因素确定的。根据项目区实际，本次典型地块毛管的布设为：毛管垂直于支管两侧呈鱼骨式布置，方向与种植方向一致，毛管间距为1m，毛管上每隔0.3m设一个灌水器（滴头），灌水器流量2.8L/h，工作水头为10m。毛管用按扣三通与支管连接，毛管上不设球阀，即同一支管上所有毛管同时工作，每条支管的两侧各布设28根毛管，每根毛管长60m，典型地块共布设2016根毛管，毛管总长为120.96km。毛管为地面铺设管道，具体布设见图7-2-2。⑤支管及毛管为地面管道，为防止管材管件的丢失及损坏，每到冬季支管应及时收起妥善保存，毛管每年进行更新，由生产厂家回收。停泵或冬季不用时，为排除管道冲砂水和防止出地竖管积水冻害，在分干管道末端的最低处设排水井。图1-2-1坡耕地大田滴灌典型地块工程布置图内蒙古自治区新增四个千万亩高效节水灌溉2016-2020年实施方案·8·（4）管材和管径选择根据当地类似工程实践经验，干管和分干管选择PVC管材，支管和毛管采用PE管材。管网的干、分干、支、毛各级管道管径按经验公式计算，计算管径和选取管径见表1.2-3。表1.2-3各级管道设计管径计算表管道流量（m3/h）计算管道内径（mm）双壁厚（mm）设计管径（mm）干管（PVC管）321026110分干管（PVC管）321026110支管（PE管）1658263毛管（PE管）0.3611