節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設計要點分析論文
【摘要】在新時期的發(fā)展下，農(nóng)業(yè)水利建設是一項十分關鍵性工作，傳統(tǒng)農(nóng)田灌溉方式已經(jīng)隨著時代的發(fā)展而逐步退化，取而代之的是節(jié)水灌溉。特別在我國某些較為干旱的省份地區(qū)，大力興修節(jié)能灌溉工程就顯得十分有必要。高效節(jié)能灌溉工程能夠從根本上實現(xiàn)對水資源的有效利用，避免水資源的浪費，從而推進農(nóng)民增產(chǎn)增收，全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文主要從高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設計要點進行深入的研究。
【關鍵詞】高效節(jié)水；灌溉工程；優(yōu)化設計
前言
盡管我國地大物博，各類資源儲量十分豐富，但由于我國人口基數(shù)非常大，人均資源占有量也就相對較少。尤其在水資源方面，不光存在著缺水問題，甚至部分省區(qū)存在著水資源分布不均的問題。因此在我國農(nóng)業(yè)灌溉用水較多的地區(qū)建設高效的節(jié)水灌溉工程，可以促進水資源利用的最大化，更好推動我國農(nóng)田產(chǎn)業(yè)的長遠穩(wěn)定發(fā)展，促使其朝向科技化、產(chǎn)業(yè)化及工業(yè)現(xiàn)代化方向發(fā)展。
1工程案例
我國某縣位于廣西西部，該地區(qū)位屬熱帶季風性氣候區(qū)，且季節(jié)性雨量充沛，但是卻出現(xiàn)年度降雨分布不均的問題發(fā)生，該地區(qū)每年在8月末到次年的2月為枯水期。據(jù)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的需求，盡管該縣市的農(nóng)作物用水在季節(jié)及用量上都是充足的，但是隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，經(jīng)農(nóng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整后，冬季用水作物不斷的增加，該地區(qū)季節(jié)性缺水的現(xiàn)象卻成為了困擾農(nóng)民的最大問題。因此我國針對該地區(qū)現(xiàn)狀建設了高效節(jié)水灌溉工程項目，其總投資達到1500萬元，項目總面積在8000畝，并主要對柑橘實行了管道灌溉。為了有效降低工程實際造價，只能通過在灌溉工程設計上不斷的優(yōu)化系統(tǒng)流量、灌溉工程制度以及管材的選取上做好相應的設計調(diào)整，從而推動高效節(jié)水灌溉技術的不斷應用。本文在以下篇幅中著重就高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設計要點進行如下分析，（圖1為某縣高效節(jié)水灌溉示范區(qū)圖）。
2新時期高效節(jié)水灌溉工程設計要點分析
2.1田間管道工程設計
在上述工程項目中，田間管道工程設計主要分為干管和支管兩部分。在干管輸水流量的設計上，參考已經(jīng)設計好的實際灌溉面積、灌溉制度和調(diào)度管理方式等作為依據(jù)，并通過管道直徑、管材公稱壓力級別以及水力計算結(jié)果來進行詳細的確認。管道的布置要同水源和設定的灌溉區(qū)位置相一致，按照輪灌組的劃分、管道流量來作為參考依據(jù)；支管在進行間距設計上，要控制在85~110m之間，水栓間距要留出50m左右。與此同時，在具體灌溉時要采用雙向灌水的方式進行，管道按照直線來布置，以此來避免彎道因起伏現(xiàn)象而出現(xiàn)阻力。支管可分為一級支管和二級支管，且一級支管要同干管進行連接，二級支管根據(jù)實際分灌片不同來具體設定，通常會與一級支管正交連接[1]。
2.2高效節(jié)水灌溉工作制度的優(yōu)化創(chuàng)新
在高效節(jié)水灌溉工程的設計中，為了減少投資成本和方便工程管理，通常要進行分組輪灌。在具體實行輪灌組的劃分中，一定要確保在每次灌溉周期內(nèi)完成作物的1~2次灌溉，同時還要盡量爭取在一天時間內(nèi)完成更多的分組灌溉。通常情況下，在灌溉定額的情況下，要盡量使灌溉組的實際灌溉面積接近或相等，只有這樣才能確保所選擇的管徑更加的`合理，以此來達到節(jié)省投資的最佳效果。輪灌溉組所應用到的運算公式為N≤CT/t。公式中的N代表的是輪灌組數(shù)；C則為工作一天的運行時間，一般在12~21h即可，且運行時間不宜過長，盡可能不要超過21h；T在公式中所表示的是灌水周期，一般灌水周期的設定按照灌水期的最大澆灌量及灌水定額來相繼確定的，一般設定為5~16d為好；t則代表著每一次灌水延續(xù)時長。通常情況下輪灌組的劃分設計不要過于復雜，不然就會出現(xiàn)額外增至勞動成本，又增添了施工期內(nèi)的運行成本，最終不利于節(jié)水灌溉工程效益的發(fā)揮。上述工程中，將高效節(jié)水灌溉工程共劃分成6個輪灌片，54個輪灌組[2]。
2.3管道灌溉工程中的流量優(yōu)化
在高效節(jié)水灌溉過程中，管道灌溉系統(tǒng)在實際的流量設計上通常會參照以下公式進行計算：Q0=eiαimiTAtδ。其中，根據(jù)所列出的公式進行參照，管道灌溉系統(tǒng)當中的主管、分干管及干管等具體流量設計，是按照各個灌溉片區(qū)最大輪灌組的流量來進行確定的。在上邊流量的計算公式中，通常都要特別注意Ti和t的取值，因一般管道本身的灌溉系統(tǒng)是要實現(xiàn)田間輸水灌溉，且要與水栓及出水口進行相應的配合。T在工時表中表示為工程系統(tǒng)的工作時間，其選值直接同出水口及出水后的灌溉有關。通常在方案的設計上，在出口位置處接上軟管，并采取人工的方式來進行澆灌，其澆灌時間大約是7~11h。從現(xiàn)有的理論上來看，其方案設計具有一定的可行性，但是在具體操作中，如果進行大面積的澆灌，則根本無法做到每一個出口位置上都相應安插一名勞動人員，每天至少灌注7h。基于此，在具體優(yōu)化設計上，結(jié)合出水口位置，將其與需要澆灌的田相結(jié)合，充分的實施自流灌溉，其做法是最為可取的。一般說來，自由灌溉時間要保證每天在19~21h以內(nèi)。結(jié)合一次灌水的延續(xù)時間來進行考慮，輪灌組在劃分上要能保證在灌水周期內(nèi)，每天必須要對每種作物實行1~2次的灌溉。以上述某地區(qū)高效節(jié)水灌溉示范區(qū)為例來繼續(xù)論述灌溉流量的設計：該工程項目示范區(qū)內(nèi)有一片低壓管灌區(qū)，所種植的是金銀花，其灌溉面積為462500m2（約700畝），灌溉水主要來源于附近的干渠，在日常灌溉之間都會先進行低壓處理，其管網(wǎng)主要由干管、支管以及分干管組合而成，每一支管相隔45m處就會設立一個灌樁，共設立185個[3]。結(jié)合金銀花生長周期的需要，具體灌溉周期為5d，一次持續(xù)灌溉23h，根據(jù)上述輪灌組計算公式N≤CT/t得知，其輪灌組數(shù)不能超過5，結(jié)合管網(wǎng)實際情況，秉承著節(jié)約成本的管理理念，該示范區(qū)被劃分成5個輪灌組，每天一組，這樣就可以很好的規(guī)避掉傳統(tǒng)灌溉時需要同時打開185個管樁而造成的管道流量遞增、水資源大量浪費現(xiàn)象發(fā)生。
2.4高效節(jié)水灌溉管材選取上的優(yōu)化
為了快速實現(xiàn)高效節(jié)水灌溉優(yōu)化設計，除了對工作制度及流量實行優(yōu)化外，還要對實際管材進行擇優(yōu)選取。在其工程項目的設計中，通常都會用到大量的管道，而市場中針對這些管道無論從實用性上還是價格方面，都存有較大的差異。因此這就需要在高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設計上，需要選擇適宜的管材[4]。當前國內(nèi)節(jié)水灌溉中經(jīng)常用到的輸水壓力管主要分為：石英玻璃管、無縫鋼管、鍍鋅鋼管、硬聚氯乙烯、焊接鋼管以及聚氯乙烯等。其每種管都有著各不相同的優(yōu)缺點。但是從整體上來說，鋼管自身存有的承載能力較強，且不易被損壞。但是存有的弊端是價格十分昂貴，在長時間的使用中容易被銹蝕，水頭自身的損失較大。而市面上的一些塑料水管，因其較為輕便，且最大的優(yōu)點在于耐腐蝕性較好，不會輕易地生銹，因此不少灌溉基地經(jīng)常使用它。但是塑料管自身也會受到外界溫度的影響，容易老化，并且當直徑超過220mm后，其價格會比鋼管的價格還要昂貴許多。在上述高效節(jié)水灌溉工程項目中，在直徑小于220mm時，所采用的是塑料管，在其直徑超過220mm時，則改換為鋼管，并定期對鋼管進行防腐銹處理。在上文所闡述的高效節(jié)水灌溉工程優(yōu)化設計過程中，結(jié)合各類管材自身獨有的特性，合理的購置管材類型，這在一定程度上能夠減少網(wǎng)管工程的實際投資量[5]。
3某地百香果種植高效節(jié)水工程實例
某地百香果種植高效節(jié)水工程發(fā)展高效節(jié)水灌溉面積1840畝，百香果種植示范園初步確定采用滴灌的形式。種植模式采用行距2.5m，株距2.0m，滴灌布置方式采用一管一行的形式，毛管沿作物種植方向布置。本次設計滴灌的干管、支管管材材質(zhì)為PVC，毛管均采用PE管。項目主要建設內(nèi)容如下（見圖2）：（1）水源工程：在崠包屯東面興科河水源點處新建一座攔水堰壩及一座泵站，泵站總裝機容量150kW；在虎頭水庫庫尾建設高位水池一座及過濾房一座以及配套設施。（2）輸配水管網(wǎng)工程：輸水管由興科河水源點引水至高位水池，全段為長1880mDN300鍍鋅鋼管；配水管網(wǎng)包括主干管、分干管、支管等總長16060m，分別引至各個灌片。（3）田間工程：毛管（滴灌管）沿百香果種植行即順坡方向布置，根據(jù)地形條件在支管兩側(cè)雙向或單側(cè)埋設。整個項目區(qū)實現(xiàn)百香果滴灌面積1840畝。
4結(jié)語
總之，伴隨著我國農(nóng)業(yè)灌溉技術的蓬勃發(fā)展，農(nóng)田水利建設中高效節(jié)水灌溉技術得到了深入的推廣及應用，繼而有效地緩解了我國水資源日漸短缺的問題。但我國高效節(jié)水灌溉工程在實際建設中會需要消耗大量的資金，且大范圍的推廣仍存有一定的難度。因此，我國要對高效節(jié)水灌溉工程進行優(yōu)化設計，只有將其工程進行合理的規(guī)劃，才能將高效節(jié)水灌溉工程更好的進行發(fā)展及推廣。
參考文獻
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