一、项目区基本概况
黄羊滩项目区：属于一级、二级扬黄灌溉区，从西干渠扬水灌溉，项目区干渠已砌护，为梯形断面，北一支已砌护，为U型断面，斗渠、农渠砌护80%左右，为U型断面。灌溉水利用系数为0.69。项目区现有土地面积11 200亩，种植玉米1 457亩，种植优质葡萄7 550亩，株行距为0.4 m×3.5 m，现有防护林581亩，项目实施后，种植葡萄9 007亩。
黄羊滩农场自然概况见第四章。
二、灌溉方式选择及水资源平衡分析
（一）灌溉方式的选择
项目区种植作物主要为葡萄，目前采用沟灌方式进行灌溉，灌水定额为每亩600～800 m3。现准备推行高效节水灌溉（滴灌）与沟灌相结合的方式进行灌溉，第一水（催芽水，4月中旬）及冬灌采用沟灌，其他生育期采用滴灌。灌溉方式的比较分析见表8-1-1。
表8-1-1 灌水方式比较表
（二）灌溉制度
1.改建前的灌溉制度
由于黄羊滩农场项目区土壤质地多为砂壤土，透水性较强，葡萄生长期内需要8次灌水，灌溉水量高达每亩600～800 m3。
2.改建后的灌溉制度
灌溉设计标准：项目区葡萄滴灌设计保证率85%，以此作为灌溉设计的标准。此次项目区葡萄灌水方式为夏秋生育期采用滴灌、第一水（催芽水）和冬灌采用沟灌灌溉（引黄灌溉），葡萄灌溉制度设计见表8-1-2。
表8-1-2 葡萄灌溉制度设计表
（三）需水量计算
本项目区水源全部为引黄河水（西干渠引水，蓄水池调蓄），经过计算项目实施后年需水量为344.19万m3，减少实际引水量（水利厅指标值）197.68万m3，详见表8-1-3。
表8-1-3 项目区供需水量分析计算表
（四）供水量
经计算，该项目区灌溉供水量为629.28万m3。
（五）水量供需平衡分析
项目实施后年总需水量为344.19万m3，依据往年实际引水量，项目实施后，项目区可减少实际灌溉量197.68万m3，供水量大于用水量。
因此，项目区实施滴灌灌溉后，可以有效减少葡萄灌溉量，供水量大于灌溉需水量，水源有保障。
三、工程建设内容
根据宁夏贺兰山东麓葡萄规模化节水灌溉增效综合示范项目可研阶段成果，确定宁夏农垦黄羊滩农场为宁夏贺兰山东麓葡萄规模化节水灌溉增效综合示范项目实施区域。黄羊滩农场项目区土地面积1.12万亩，耕地面积0.90万亩，全部实施滴灌，共铺设输配水管道71.54 km，配套建筑物1 182座，新建6万m3蓄水池1座，泵站2座，配置砂石介质自动反冲洗过滤器、叠片自动反冲洗过滤器套。
四、项目编制依据及工程等级
（一）相关文件和规范
①《中华人民共和国水法》；
②《水利水电工程初步设计报告编制规程》；
③《节水灌溉工程技术规范》（GB/T50363-2006）；
④《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）；
⑤《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）；
⑥《喷灌与微灌工程技术管理规程》（SL236-1999）；
⑦《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；
⑧《水利水电工程进水口设计规范》（SL285-2003）；
⑨《水利水电工程边坡设计规范》（SL386-2007）;
⑩《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
《泵站设计规范》（GB/T50265-97）；
项目区地形、地貌勘测、终止规划调查结果及其他有关的技术规范和标准。
（二）工程等级及建筑物级别
1.工程等级
按照已确定的设计标准，参照《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）及《泵站设计规范》（GB/T50265-97），该项目属于V等小（Ⅱ）型工程。
2.建筑物级别
根据工程等级来划分建筑物级别，建筑物级别为5级。
3.防洪标准
根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）和《中华人民共和国防洪标准》（GB50201-94），支渠及其建筑物均为5级，防洪、排涝标准取10年一遇（即P=10%），不再考虑校核洪水。
4.地震烈度
由于地质构造上的特点，根据《中国地震烈度区划图》（1∶400万）划分，地震基本烈度为Ⅷ度。
5.设计标准
本地区属干旱、水资源紧缺地区，滴灌灌溉设计保证率为85%。
五、工程布局
（一）总体布置
项目区葡萄种植面积9 007亩，其中4 215亩（1区）水源为黄河水，引自现有的20万m3蓄水池，经现有加压泵站加压、过滤系统过滤进入田间管网，在田间进行施肥及二级过滤；2 328亩（2区）水源为黄河水，引自新建的6万m3蓄水池，经新建加压泵站加压、过滤系统过滤进入田间管网，在田间进行施肥及二级过滤；2 464亩（3区）水源为黄河水，引自已有的20万m3蓄水池，经已有的加压泵站加压、过滤系统过滤进入田间管网。
项目区主要水源为西干渠，水利工程有北一、南二扬水支渠和相应的配套建筑物，先后建于1975年和1981年。北一支渠长4.33 km，设计引水流量0.52 m3/s。已有的20万m3蓄水池与新建的6万m3蓄水池自北一支渠引水。共分为11个灌溉系统，分区面积见表8-1-4。
表8-1-4 灌溉系统分区面积统计表
（二）田间工程布置
1.输配水管网
输水管网从泵站进入田间管理房，经过施肥过滤后进行配水。本工程管网系统沿水流方向由主干管、分干管、支管、毛管（滴灌带）四级管道组成。滴灌带、支管相互垂直，支管、分干管相互垂直（平行），分干管、主干管相互垂直（平行）；主干管、分干管采用PVC管，公称压力0.63 MPa，管顶覆土厚度为1.40 m；支管采用PE管，公称压力0.6 MPa，浅埋0.5 m；滴灌带内径16 mm，壁厚为0.6 mm。根据土壤质地、葡萄的生长特性以及农场的实践经验，选用一管一行，滴灌带铺设间距为3.5 m，沿作物种植方向铺设于地面上。
2.毛管和灌水器的选择
根据土壤质地、作物需水特性以及毛管布置方式，考虑到葡萄株行距为0.4 m×3.5 m，本工程毛管宜一管一行铺设，滴头流量为2.3 L/h，每棵树下一个滴头。
本系统毛管选用多年用内镶式滴灌带，即滴头流量为2.3 L/h、滴头间距0.4 m，每棵树下一个滴头，毛管内径为16 mm，壁厚为0.6 mm，毛管间距为3.5 m，流态指数X=0.5，相应的工作水头为10 m。
3.调压方式
六、设计参数的确定
（一）设计耗水强度Ea
根据有关资料及《微灌工程技术规范》（GB/T50485-2009）（下面简称《规范》），葡萄滴灌设计日耗水强度Ea按下式计算
式中：Ea为设计日耗水强度；
Kc为作物修正系数，其值为0.9；
Kr为作物遮阴率对耗水量的修正系数，Kr=Gc/0.85，其中Gc为作物遮阴率，其值为0.75；
Eo为作物最大日耗水强度，根据气象资料，取Eo=5.5 mm/d;
Ks为与土壤有关的损失系数，项目区表层土质多为沙壤土，表层土壤下多为棕漠土，透水性强，取Ks=1.15。
通过计算并结合项目区状况，本次设计最大日耗水强度为5 mm/d。
（二）灌溉水利用系数η
根据《规范》确定滴灌灌溉水利用系数η=0.9。
（三）土壤湿润比分析与计算
根据《节水灌溉工程技术规范》查得：葡萄滴灌设计土壤湿润比为30%～50%，根据项目区自然条件、作物种类、种植方式和灌溉形式确定：取土壤湿润比P=35%。
为增加湿润带宽度并提高土壤的保水性，建议对葡萄根系层进行必要的换土栽培。
（四）计划湿润层深度Z
葡萄是深根作物，根深可达1～1.60 m，滴灌根系主要分布在0～80 cm，所以计划湿润层深度定为80～100 cm，取Z=1 m。
（五）最大净灌水定额
设计灌水定额依据公式
式中：Mmax为最大净灌水定额（mm）；
γ为土壤容重，取γ=1.45 g/cm3；
Z为计划湿润层深度，取Z=100 cm；
P为设计土壤湿润比，取P=35%；
θmax、θmin为适宜土壤含水率上、下限（占干土重的百分比，一般θmax为田间最大持水率的85%、θmin为田间最大持水率的65%，即θmax-θmin=0.2θ田，其中θ田为土壤田间持水量的24%）；
经计算：Mmax=24.4 mm。
（六）设计灌水定额
式中：md为设计净灌水定额（mm）；
m′为设计毛灌水定额（mm）。
经计算：黄羊滩项目区m′=27.1 mm。
（七）设计灌水周期
设计灌水周期按照下列公式计算
式中：T为设计灌水周期（d）；
Tmax为最大灌水周期（d）。
因为无淋洗要求，Ia=Ea。
经计算：T=5.41 d。
（八）一次灌水延续时间
式中：t为一次灌水延续时间（h）；
m′为设计毛灌水定额（mm）；
Se为滴头间距，取Se=0.4 m；
SL为毛管间距，取SL=3.5 m；
q为灌水器流量（L/h）。
经计算：灌水延续时间t=16.48 h。
（九）轮灌组数N
轮灌组计算公式为
式中：T为灌水周期（d）；
C为一天运行的小时数（h）；
t为一次灌水延续时间（h）。
经计算：系统允许的最大轮灌组数N≤7.23，取N=7。
（十）轮灌方式
轮灌方式有干管轮灌和支管轮灌两种。干管轮灌只需少数控制阀门，增大了干管管径，可省去支管进口的控制阀门，方便管理，资金投资大。支管轮灌可将流量分散，其干管直径较小，但控制阀门很多，管理相对困难，资金投资较少。本设计采用支管轮灌方式，提高管道利用率，降低工程投资。
七、滴灌小区水力设计
（一）流量偏差率
根据《微灌工程技术规范》规定，灌水器设计流量允许偏差率应不大于20%，本工程取qν=20%。
（二）水头偏差率hν
式中：hν为灌水器工作水头偏差率；
x为灌水器流态指数，取x=0.5；
qν为灌水器流量偏差率，取qν=20%。
计算得［hν］=0.412。
（三）灌水小区允许水头偏差
灌水小区允许水头偏差［Δh］按下式计算
（四）小区允许水头偏差的分配
允许水头偏差的最优分配比例受所采用的管道规格、管材价格、灌区地形条件等因素的影响，需要经过技术、经济论证才能确定。在平坦地形的条件下，允许水头偏差可按下式的比例分配。
毛管允许水头偏差［Δh］毛=β1［Δh］=0.55×4.12=2.27（m），其中β1=55%。
支管允许水头偏差［Δh］支=β2［Δh］=0.45×4.12=1.85（m），其中β2=45%。
（五）毛管极限孔数
毛管极限孔数按下式计算：
式中：［Δh2］毛为毛管的允许水头偏差（m）；
d为毛管内径，取d=14.8 mm；
K为水头损失扩大系数，为毛管总水头损失与沿程水头损失的比值，K的取值范围为1.1～1.2；
S为毛管上分流孔的间距，取S=0.4 m；
qd为毛管上滴头的设计流量，取qd=2.3 L/h。
经计算，滴灌带极限孔数为202个，则滴灌管平铺时最大铺设长度为202×0.4=80.8（m）。根据地块的长宽、地形高差，设计毛管铺设长度为60～80 m，毛管双向或单向铺设。
毛管可通过安装稳流旁通或三通解决水头偏差；主、干、支管可通过安装调压阀和流量调节器调节流量和压力偏差的分配，根据项目区的地形特征及作物种植模式合理地安装；首部通过变频控制柜调节流量和压力。
（六）各级管道流量计算
1.毛管流量计算
式中：L毛为毛管长度（m）；
Se为灌水器间距（m）；
q为灌水器流量（L/h）。
2.支管流量计算
根据（8.11）式计算支管的进口流量
式中：Q支为支管流量（m3/h）；
Q毛为毛管流量（L/h）；
SL为毛管间距（m）；
L支为支管长度（m）。
3.分干管流量计算
Q分干=Q支×同时开启的支管条数
4.干管流量计算
按轮灌区划分，任意一段主管流量等于最不利情况时的同时工作支管的流量之和，即
Q干=Q分干=Q支×同时开启的支管条数
5.主干管流量计算
Q泵=Q干×1
（七）经济管径的确定
1.经济管径的确定
管径计算公式
式中：D为管道内径（m）；
Q为管道流量（m3/s）；
V为根据管道流量计算（m/s）。
2.各片区管网水力计算
管道的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。
管道沿程水头损失按下式计算：
式中：hf为沿程水头损失（m）；
d为管道内径（mm）；
f为摩阻系数，PVC管材为0.464×105，PE管材为0.505×105；
L为管长（m）；
Q为流量（m3/s）；
m为流量指数，PVC管材取值1.77；PE管材取值1.75；
b为管径指数，PVC管材取值4.77；PE管材取值4.75；
局部水头损失取沿程损失的10%。
八、骨干工程设计
项目区种植面积9 007亩，其中4 215亩（1区）水源为黄河水，引自现有的20万m3蓄水池，经现有加压泵站加压、过滤系统过滤进入田间管网，在田间进行施肥及二级过滤；2 328亩（2区）水源为黄河水，引自新建的6万m3蓄水池，经新建加压泵站加压、过滤系统过滤进入田间管网，在田间进行施肥及二级过滤；2 464亩（3区）水源为黄河水，引自已有的20万m3蓄水池，经已有的加压泵站加压、过滤系统过滤进入田间管网。
本次骨干工程包括：新建1座6万m3蓄水池，新建1座加压泵站。
（一）蓄水池
调蓄水池规格，根据滴灌作物的设计日耗水量和项目区相应的渠道供水周期确定。
式中：V为蓄水池容量；
S为控制灌溉面积（亩）；
t为渠道供水周期；取t=7 d；
Ea为葡萄设计日耗水量，取值3.33 m3/亩；
Ev为蓄水池蒸发损失。
根据工程总体布置，按蓄水池所控制片区各作物的灌溉面积计算，考虑蓄水时的蒸发损失，则蓄水池设计容积见表8-1-5。
表8-1-5 黄羊滩项目区蓄水池设计容积计算表
考虑到取水口的流量和时间分配，项目区泵站上水时间必须适当缩短，保证短时间较大流量的引水，每次灌水水量及上下水的时间差产生的水量，需建蓄水池进行调蓄和沉淀，方可满足项目区的水量和运行管理。二区蓄水池控制面积为2 328亩，2区葡萄全年需水量85.50万m3，按一年蓄水池清淤一次。根据黄河青铜峡水文站多年实测含沙量资料的统计分析，汛期6～9月份日平均含沙量一般为3.7～13.1 kg/m3，非汛期一般在2.5 kg/m3以下，多年平均日含沙量为4.13 kg/m3，淤沙容重按1.3 t/m3计算。黄羊滩项目区蓄水池淤积沙0.27万m3。
为方便行车，设计蓄水池四周拜顶宽5 m，内侧做铁丝网防护栏，蓄水池一侧池壁设清淤廊道，便道宽3 m，坡比1∶8；蓄水池内边坡比1∶4，铺30 cm厚碎石、10cm厚砂砾石，并做两布一膜防渗，外边坡比1∶1.5；池底膜上覆土50 cm厚，并压实。
（二）沉砂渠
当水中悬浮物浓度超过200 mg/kg的情况下，应首先选择沉砂渠。大量悬浮固体颗粒会迅速使过滤器超过负荷，导致频繁进行反冲洗。《微灌工程技术规范》（SL103-95）规定“灌溉水中有机物含量大于100 mg/kg，或粒径大于500 μm时，应使用沉砂渠或旋流水沙分离器作初级处理”。
1.沉砂渠设计应遵循的原则
①水池出口（即滴灌系统的入口）应尽量远离水池进水口；
②如果反冲洗水回到水池，那么，反冲洗水应离滴灌系统入口越远越好；
③水池必须可以清洗，即可以放入设备，并放空水对其进行维护；
④灌溉系统在可能的情况下，应从水池上部取水，而不是下部；
⑤一个狭长的水池比正方形水池能更有效排除悬移质颗粒。
2.沉砂渠设计
（1）在选定表面负荷率和设计流量两参数后，用下式计算出沉砂渠表面积
式中：V0为表面负荷率，取值10 m/h，表面负荷率不宜大于3.0 mm/s；
Q为设计流量，取值1 562.4 m3/h；
AC为沉砂渠表面积（m2）。
经计算，沉砂渠表面积AC=156.24（m2）。
（2）沉砂渠长度用下式计算
式中：LC为沉砂渠长度（m）；
ν为水平流速，水平流速宜取36～90 m/h，本书取50 m/h；
Tt为水在沉砂渠中的停留时间，取值5 h。
经计算，沉砂渠长度LC=250（m）。
（3）沉砂渠断面尺寸确定
根据实践，沉砂渠断面为混凝土板梯形断面，依据沉砂渠表面积25 m2确定沉砂渠断面尺寸：底宽为4.0 m，边坡比1∶1.5，深1.2 m，平底。
（4）沉砂渠存泥深度的确定
黄河属多泥沙河流，根据黄河青铜峡水文站多年实测含沙量资料的统计分析，汛期6～9月份日平均含沙量一般为3.7～13.1 kg/m3，非汛期一般在2.5 kg/m3以下，多年平均日含沙量为4.13 kg/m3，淤沙容重按1.3 t/m3计算。项目区泥沙淤积163 m3，计算项目区沉砂渠存泥深度为0.138 m。
（5）沉砂渠有效水深用下式计算
式中：Hy为沉砂渠有效水深（m）；
H为沉砂渠深（m）；
Hn为沉砂渠存泥深度（m）；
ΔH为安全超高，一般取0.25 m。
经计算，项目区沉砂渠有效水深0.812 m。
（三）加压泵站设计
1.泵站取水方式
泵站进水方式采用浮筒取水，蓄水池与泵站进水池之间用φ400钢筋砼管连接，连接浮筒的软管采用DN400的PE软管。
2.水泵选型
（1）设计流量的确定
3区利用已有设备（水泵及过滤施肥系统）。1区及2区水泵设计流量根据轮灌组划分的一次最大轮灌组流量确定。设计流量结果见表8-1-6。
表8-1-6 黄羊滩项目区加压泵站设计流量计算表
（2）设计扬程的确定
水泵总扬程H=H净+h损，其中，H净为水泵净扬程，h损为潜水泵出水管水头损失。
沿程损失：
式中：hf为沿程水头损失（m）；
d为管道内径（mm）；
f为摩阻系数，取值为6.25×105；
L为管长（m）；
Q为流量（m3/s）；
m为流量指数，取值为1.90；
b为管径指数，取值为5.10。
局部水头损失取沿程损失的10%。
H净和h损的计算结果见表8-1-8，水泵总扬程计算结果见表8-1-8。
表8-1-7 水泵出水管水头损失
表8-1-8 水泵总扬程计算表
（3）水泵型号的选择
根据表8-1-7、表8-1-8中的流量及扬程选择水泵型号，黄羊滩项目区蓄水池灌溉系统选用水泵型号见表8-1-9。
表8-1-9 黄羊滩项目区水泵选型统计表
（4）过滤器的选择
根据滴灌灌溉对水质的要求，本次工程设计考虑到对灌溉用水进行过滤处理。每个系统在泵站出口管道处安装过滤系统，过滤系统采用砂石介质过滤器+叠片自动反冲洗组合过滤器，田间设置施肥罐及二级过滤器（叠片过滤器）。考虑到过滤器的流量损失，组合过滤器流量为水泵流量的1.2倍左右，过滤器选择见表8-1-10。
表8-1-10 过滤器工程量表
（5）施肥装置的选择
本项目施肥装置采用电动施肥泵施肥，1个灌溉系统配置1套施肥装置，1、2区共9个灌溉系统，配置9套，3区利用已有施肥装置。施肥装置主要包括：罐体容积为1 000 L的施肥罐，要求钢板焊接，施肥泵流量为1 m3/h，电机功率为2.2 kW。
在农业结构上，立足于市场，发展高产、优质、高效农业。
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