摘 要：清源灌区属纯井水灌区，其境内的发放镇农业生产区完成节水改造面积0.21万hm2，占发放镇耕地面积0.31万hm2的69.20 %，还有0.10万hm2耕地未进行节水改造。计划对发放镇农业生产区0.02万hm2耕地进行节水灌溉管灌工程改造，为项目区农业可持续发展奠定坚实的基础。该设计从管灌工程总体布局、节水型灌溉制度的制定、典型工程设计、工程投资、工程效益、工程运行管理等方面做了详细设计。
关键词：节水灌溉；管灌工程；设计
1 基本概况
清源灌区位于武威市区东部，辖吴家井乡、长城乡、清源镇、清水乡、发放镇、大柳乡、邓马营湖生态建设指挥部7个乡镇，23个国营农林场，65个行政村，527个村民小组，农村人口11.09万人，耕地面积2.27万hm2，属纯井水灌区，现有机井1 458眼，节水改造面积累计达1.19万hm2。因灌区耕地面积大于有效灌溉面积，灌区耕地实行休耕轮耕制度。清源灌区以农业生产为主，种植作物主要有小麦、玉米、辣椒、油菜、日光温室蔬菜等，是凉州区重要的粮食生产区。
清源灌区内的发放镇农业生产区通过实施石羊河流域重点治理项目、中央财政小型农田水利重点县建设项目，完成节水改造配套面积0.21万hm2，占发放镇耕地面积0.31万hm2的69.20 %，还有0.21万hm2耕地未进行节水改造。计划对发放镇农业生产区0.02万hm2耕地进行节水灌溉管灌工程改造，为项目区农业可持续发展奠定坚实的基础。
2 管灌工程技术设计方案
2.1 管灌工程的总体布局
本次计划对发放镇6个村实行轮耕制度未进行节水改造的耕地进行节水改造，实施管灌面积0.02万hm2，配套机井20眼,管灌采用0.40 MpaUPVC管道输水，铺设Φ160 UPVC管道22 582 m，修建管理房20座，出水池345座，闸阀井、渗水井86座，安装给水栓345个。目前管灌实施区均为土渠输水，渠系水利用系数仅为0.65，输水损失大，将现有渠系改为低压管道输水后，可使渠系水利用系数提高到0.90。
2.2 与节水灌溉工程配套的农业生产技术措施
以提高单方水产出效益为目标，优化农业内部种植结构，灌溉用水优先向经济作物和设施农业灌溉用水倾斜。推广区域化种植，小畦田灌溉，减少和淘汰高耗水品种，推行全膜覆盖垄播沟灌等节水高效耕作栽培技术，逐步形成适合项目区特点的新型节水种植模式，推广秸秆还田、深耕松土、平整土地、中耕除草、镇压、增施有机肥、免耕免灌等农业生产措施。
2.3 节水型灌溉制度的制定
2.3.1 现状水平年灌溉制度
项目区属纯井灌区，其浇灌方式为轮灌，灌水方法全部采用小畦灌和沟灌。现状夏、秋、经种植比例为40：30：30，复种指数1.29，综合灌溉定额为416.70 m3/667 m2，其中：夏禾作物灌溉定额为270 m3/667 m2，秋禾作物灌溉定额为360 m3/667 m2，经济作物综合灌溉定额为282.50 m3/667 m2，冬泡地120 m3/667 m2，春泡地100 m3/
667 m2，每次灌水定额60～75 m3/667 m2。灌区粮食作物种植比例大，产出低，灌溉制度相对落后。
2.3.2 设计水平年灌溉制度
综合分析现状灌溉制度，结合灌溉试验成果和典型作物水量平衡法计算确定设计水平年节水灌溉制度，项目区粮、经比例调整为20：80，复种指数1.02。充分考虑灌溉技术进步因素，提高经济作物种植比例，压减以小麦、大田玉米为代表的高耗水作物种植面积，扩大蔬菜、制种作物为代表的经济作物种植面积，优化农业内部种植结构，提高单方水产出效益。
项目区综合灌溉定额达到377 m3/667 m2，其中：粮食作物灌溉定额为245 m3/667 m2，经济作物综合灌溉定额为313.30 m3/667 m2，设施农业灌溉定额为320 m3/667 m2，冬泡地110 m3/667 m2，春泡地90 m3/667 m2，每次灌水定额55～75 m3/667 m2，生育期每次灌水定额降低5～10 m3/667 m2。
2.3.3 综合灌溉定额比较
通过项目建设带动农业产业结构调整，扩大高效益低耗水作物种植比例，在提高单方水效益的同时，农业灌溉用水总量下降，减少了地下水开采量。经分析，现状水平年综合灌溉定额为416.70 m3/667 m2，设计水平年综合灌溉定额为377 m3/667 m2，综合灌溉定额相比较减少39.70 m3/667 m2。
2.4 管灌典型工程设计
根据项目区地形、地貌、地质条件，选择1眼机井控制的灌溉面积为单位进行典型工程设计,典型片面积占到项目区总面积的5 %以上。
选择计划实施节水灌溉管灌工程的发放镇马儿村一组0938号井进行管灌典型设计。该眼井控制的灌溉区域地势开宽，地形平坦，利于机耕，便于管理，易形成渠、田、管、路相配套的灌溉体系，符合项目区整体地形地貌特征，具有代表性。灌溉面积14.13 hm2，占到项目区总面积244 hm2的5.80 %，符合典型片选择面积要求。该机井出水流量80 m3/h，布设管道1 278 m，闸阀井、渗水井5座，出水口20座，设备房1座。
2.4.1 管网系统布置
项目区土壤属于壤土，属中透水性，根据《灌溉与排水工程设计规范》，入畦流量控制在5～7 L/s，取5 L/s，小畦宽为4 m。则入畦流量为：Q 畦=4×5×3.60=72 m3/h，单井出水量为80 m3/h,可同时灌溉一个小畦。因此低压输水管只能采用一级管道输配水形式，每眼井均为独立供水水源。依据《低压管道输水工程技术规范》(SL/T152-95)进行规划布置，与现有的机电井相配套，根据井位、地块形状及作物种植方向确定管网布置形式。干管管道东西向平行于等高线布置，支管垂直于等高线布置，双向控制浇地，间距120～140 m,单长300～700 m，铺设于冻土层以下，支管间距每隔50 m以三通接竖管出地设一给水栓，每个给水栓双向（个别单向）供水。每条支管首部均设置检查井，内安装闸阀，支管末端设排水闸阀和排（渗）水井。灌溉方式为支管分组轮灌，每次灌溉只开一个给水栓集中轮灌，即每次一条支管供水，给水栓出水后入农渠灌水入畦。为了加强地下水开采管理，项目区机井已全部安装地下水智能化取水计量设施，机井灌溉方式为单井一次灌一个农户的地块，便于水量计量和管理。
2.4.2 管材及管径选择
管材选择主要根据管网系统最大水头压力，并在安全运行的前提下，统筹考虑工程造价，安装使用方便，运行可靠等条件，考虑到管道的耐久性及运输、安装方便，本次管灌工程管道均选用0.40 MpaUPVC管材。
管径按经济流速确定，经济流速为V=1～1.50 m/s，管道设计流量确定后，管径可按下式计算。
D=18.80（Q/V）1/2
式中：D—管道内径（mm）；Q—设计流量（m3/h），Q=80 m3/h，；V—经济流速（m/s），取V=1.20 m/s；
经计算，管道外径确定为160 mm。
2.4.3 管网水力计算
对最长输水管路进行管道水力计算，按现状项目区机井出水量和现有水泵富余扬程，以最不利端满足出水压力控制。根据典型井管网布置图，最长管路长582m。
①管道沿程水头损失
hf=fQm/DbL
式中：hf—管道沿程水头损失（m）；f—摩阻系数；Q—管道流量；D—管道内径；L—管道长度；m—流量指数；b—管径指数。
取f=0.505，m=1.774，b=4.774。经计算Hf=2.48 m。
②局部水头损失hj
管道局部水头损失按沿程水头损失的15 %计算。经计算hj=0.37 m。
设计总水头损失=hf+hj=2.85 m。
2.4.4 设计水头
管道最大的设计工作水头按设计流量下距水源最远、位置较高的出流点所需水头计算。
H0=Hmax+机井出水水头+给水栓与管道高差
Hmax=Z1-Z0+△Z1+∑hf1+∑hj1
式中：H0—管道系统设计工作水头m。Hmax—管道系统最大工作水头m；Z0—管道系统进口高程m；Z1—距机井最远的出水口地面高程m；△Z1—最远处出水口中心线与地面的高差m；出水口中心线高程应为所控制的田间最高地面高程加0.15 m；∑hf1、∑hj1—分别为管道系统进口至最远出水口的沿程损失和局部损失m。
机井出水水头取0.50 m；给水栓与管道高差取1.60 m。
经计算Hmax=5.05 m，H0=5.05+0.50+1.60=7.15 m，故管道首端所需压力水头为7.15 m。
现有机井首部工作水头为8 m，故管道最末端工作水头为0.85 m，因此原有水泵可以满足流量和扬程需要，可利用原有水泵。
2.4.5 土建设计
为了机井管道运行安全，干管首部采用钢管与机井出水管连接，钢管上安置逆止阀、排气阀、压力表等设施。为便于检修维护，每条支管首部均设置检查井，内安装闸阀，支管末端设排水闸阀和排水井，在冬季来临前将管内所有积水排空，防止产生冻胀破坏。检查井、排水井直径0.90 m，深度1.60 m，井壁采用M 10水泥砂浆砌砖，厚24 cm，采用预制C 20钢筋砼井盖，厚10 cm。在干管、支管弯头连接处设镇墩，采用现浇C 15混凝土，尺寸为0.50 m×0.50 m×0.50 m。管灌管道埋深1.50 m，开挖槽底宽0.60 m，边坡1：0.30。每眼井旁修建一座砖砼结构管理房，用于安放管道首部，长宽高为2.50 m×2 m×3 m,墙厚24 cm，为M 10水泥砂浆砌砖。
3 工程投资
依据甘肃省水利厅、甘肃省发展和改革委员会、甘肃省物价局2009年424号文颁发的《甘肃省水利水电工程设计概（估）算编制规定》进行编制。本项目投资估算资金为247.62万元，其中：建筑工程115.06万元，设备及安装工程100.51万元，临时工程7.54万元，其他费用12.72万元，基本预备费11.79万元。
4 工程效益
工程实施后，新增节水灌溉面积0.69万hm2，增强了项目区发展后劲。经济效益主要有增产效益，节水、节电、节地、省工效益。工程建成后总效益为49.12万元。项目区年减少地下水开采量14.53万m3。
5 工程运行管理
按照“谁受益、谁管理”的原则，管灌工程建成后，移交给农民用水协会，由协会负责工程的管理、运行和维护；让协会根据市场的需求进行具体的种植安排、管理、运行。为保证工程正常发挥效益，必须建立健全用水户参与管理制度，农民用水户协会和灌水小组签订责任书，协会内部制定切实可行的工程管理制度，确保工程良性运行。
