农田灌溉规划设计

农田灌溉规划设计第一章项目背景与目标1.1区域概况项目区位于北纬34°42′—34°48′、东经113°55′—114°02′，属温带半湿润季风气候，多年平均降雨量642mm，蒸发量1180mm，干旱指数1.84。耕地总面积2180hm²，其中轻壤土占62%，中壤土占31%，砂壤土占7%。现状作物布局：冬小麦—夏玉米轮作占78%，蔬菜与瓜果占15%，杂粮及其他占7%。现状灌溉以渠灌为主，渠系水利用系数0.48，田间水利用系数0.75，综合灌溉水利用系数仅0.36，年均缺水深度210mm。1.2规划目标2025年综合灌溉水利用系数≥0.75，节水率≥35%，粮食产能提高15%以上，地下水年均开采量削减120万m³，灌溉保证率75%，水质满足GB5084—2021旱作农田标准。第二章水资源供需平衡计算2.1可供水量（1）地表水：项目区上游小（Ⅱ）型水库1座，兴利库容380万m³，多年平均可供水量260万m³；引水干渠设计流量1.2m³/s，P=75%年份可供172万m³。（2）地下水：浅层含水层厚度8–22m，给水度0.095，允许开采模数12万m³/(km²·a)，可开采量261万m³。（3）非常规水：规划新建调蓄塘坝7座，总容积42万m³，收集雨洪及退水，年可供28万m³。合计可供水量：721万m³。2.2需水量采用彭曼—蒙蒂斯公式计算ET₀，作物系数Kc依据FAO56分阶段取值。P=75%年份净灌溉定额：冬小麦195mm、夏玉米170mm、蔬菜280mm。经面积加权，净灌溉需水量428万m³；考虑0.75灌溉水利用系数，毛需水量571万m³。供需平衡：721–571=+150万m³，富余度26%，满足规划年需求。第三章灌溉分区与系统布局3.1分区原则以土壤质地、地形坡度、地下水埋深、作物类型为聚类变量，采用Kmeans算法（k=4）划分：Ⅰ区（渠改管高效区）760hm²，地面坡度1/800–1/1200，轻壤土，地下水埋深>6m；Ⅱ区（井渠结合区）540hm²，地面坡度1/500–1/800，中壤土，地下水埋深3–6m；Ⅲ区（低压管灌区）480hm²，地面坡度1/200–1/500，砂壤土，地下水埋深<3m；Ⅳ区（微水补灌区）400hm²，坡度>1/200，黏重土，地下水埋深<2m。3.2总体布局“一库、两线、三片、多点”：一库：现有水库作为总调蓄中枢；两线：新建DN800玻璃钢主干管12.6km（I区），新建DN600钢管9.3km（Ⅱ区）；三片：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区分别布设独立加压泵站；多点：Ⅳ区以50hm²为单元布设7座塘坝+移动喷灌机组。第四章工程等级与设计标准4.1等级泵站、主干管按《灌溉与排水工程设计标准》（GB502882018）Ⅲ级建筑物设计，防洪标准10年一遇；田间工程按Ⅴ级。4.2设计参数管道经济流速1.0–1.2m/s，局部水头损失按沿程10%计；滴灌带工作压力0.1MPa，喷头工作压力0.3MPa；管道使用年限≥30a，泵站装置效率≥65%。第五章泵站及管道设计5.1泵站Ⅰ区中心泵站：设计流量0.65m³/s，扬程38m，选用3台卧式双吸泵（2用1备），单泵功率110kW，配套变频柜，泵房建筑面积216m²，采用轻钢结构，抗震设防烈度7度。Ⅱ区泵站：设计流量0.45m³/s，扬程25m，选用3台离心泵（2用1备），单泵功率75kW。5.2管网水力计算采用HardyCross法平差，允许闭合差0.01m。Ⅰ区最不利节点自由水头15m，水头损失12.3m，水泵扬程校核满足。管径≥DN200采用UPVC0.63MPa，埋深1.2m（冻土层以下0.3m）；穿越道路段采用钢套管DN+150保护。5.3安全设施每500m设检修阀井1座，每1000m设空气阀1组，低洼处设泄水阀；泵站出口设多功能水泵控制阀，防水锤升压≤0.15MPa。第六章田间工程设计6.1Ⅰ区（固定式滴灌）毛管间距0.6m（小麦）、1.0m（玉米），滴头流量1.1L/h，压力补偿式；支管平行作物行向，间距50m，埋深0.4m；设田间闸阀箱每7m一条，箱内安装网式过滤器120目+施肥罐100L。6.2Ⅱ区（井渠结合）斗渠采用梯形现浇混凝土防渗，底宽0.8m，深0.6m，边坡1:1，糙率0.014，输水损失≤5%。田间采用半固定喷灌，支管铝管Φ76×3mm，喷头间距18m×18m，喷嘴直径4.5mm，喷灌强度8mm/h，组合均匀度≥0.8。6.3Ⅲ区（低压管道输水+地面软管）给水栓间距50m，单栓控制面积0.25hm²，地面采用Φ110PE软管快速接头，工作水头0.05MPa，软管长度≤80m，沿作物行向布置。6.4Ⅳ区（塘坝+移动机组）塘坝采用均质土坝，坝高5m，内坡1:2.5，外坡1:2，防渗采用复合土工膜（两布一膜，200g/0.5mm/200g）。放水涵卧管Φ400，流量80m³/h。配套4套卷盘式喷灌机PE管长度250m，降水深度35mm，单机控制面积25hm²。第七章自动化与信息化7.1系统架构“云—边—端”三层：云端：部署在区水务局私有云，采用B/S架构，MySQL+Redis，支持并发500点；边端：泵站设工业网关（ARMCortexA72），运行NodeRED，本地缓存7d；终端：土壤水分传感器（FDR，±3%，RS485）每25hm²1组；电磁阀控制器（LoRa，470MHz，空口速率62.5kbps）每2hm²1只。7.2控制策略采用基于PenmanMonteith的实时蒸散量模型，结合10cm、20cm、40cm三层土壤含水率，当20cm层含水率低于田间持水量的65%时触发灌溉，灌溉量=（田间持水量–当前含水率）×根区深度×土壤容重×面积，系统默认在22:00—04:00执行。7.3数据安全网关与云之间采用MQTT+TLS1.3，证书有效期90d自动轮转；本地SD卡镜像加密（AES256），异常掉电5min内自动上报；平台侧每日增量备份至异地机房，RPO≤15min。第八章水肥一体化8.1施肥制度冬小麦：基施N120kg/hm²、P₂O₅90kg/hm²；拔节期追施N75kg/hm²，滴灌浓度EC1.2dS/m；夏玉米：大口期追施N105kg/hm²，滴灌浓度EC1.0dS/m；番茄：全生育期NP₂O₅K₂O=<PHONE>kg/hm²，分10次注入，EC1.8–2.2dS/m，pH5.5–6.5。8.2注入设备选用文丘里施肥器，吸肥量0–300L/h，吸肥口压差0.15MPa；主管道安装塑料隔膜式止回阀，防止肥液倒流；施肥后自动执行30min清水冲洗，电导率传感器EC<0.3dS/m时停止。第九章投资概算与资金筹措9.1概算依据《河南省水利水电建筑工程概算定额》（2022版）及当地市场价：泵站及机电：486万元；管网（含主干、干、支）：1324万元；田间滴灌及喷灌设备：896万元；自动化信息化：268万元；塘坝及配套：212万元；独立费用（设计、监理、建设管理）：218万元；基本预备费8%：240万元；总投资：3644万元。9.2资金筹措中央财政水利发展资金40%（1458万元），省级配套25%（911万元），市级财政15%（547万元），县级及农户自筹20%（728万元）。农户自筹部分以折劳折资方式，每公顷投工15工日，按120元/工日折算。第十章经济评价10.1效益年节水171万m³，按0.45元/m³计，年节水效益77万元；年省工1.8万个，按80元/工日，省工效益144万元；增产粮食3280t，按2.6元/kg，增收853万元；年总效益1074万元。10.2费用年折旧费（30a，直线法）121万元；年运行维护费（固定资产2.5%）91万元；年总费用212万元。10.3指标经济内部收益率EIRR=15.8%＞8%；经济净现值ENPV=3867万元＞0；投资回收期6.4a（含建设期1a）。第十一章环境影响与水土保持11.1正效应减少地下水开采，缓解漏斗区扩展；节肥10%，削减氮流失8.6t/a，降低面源污染。11.2负效应及对策施工期扬尘：运输车辆加盖篷布，设2.5m围挡，定时洒水；泵站噪声：选用低噪声电机，泵房安装双层隔声窗，夜间噪声≤55dB(A)；弃土：管槽弃土临时堆放，上覆防尘网，完工后回填压实，剩余土方用于塘坝加固，利用率100%。11.3水土保持临时堆土场四周设土袋挡墙高0.8m，坡脚设临时排水沟30cm×30cm，沉砂池1座；施工道路硬化200mm厚C25混凝土，道路内侧设U型排水沟；林草措施：泵站、塘坝管理范围撒播狗牙根+高羊茅，绿化面积1.2hm²，成活率≥90%。第十二章运行管理12.1组织成立“××县农田灌溉服务有限公司”，隶属县水务集团，设经理1名、技术岗3名、运行岗12名；每300hm²配1名片区管理员，实行“公司+用水户协会+农户”三级管理。12.2制度（1）计量收费：安装超声波流量计（±2%），实行“基本水价+计量水价”两部制，基本价300元/(hm²·a)，计量价0.18元/m³；（2）轮灌制度：Ⅰ区分6个轮灌组，每组灌溉周期7d，日运行时数14h；（3）维修基金：按固定资产1%提取，存入专用账户，用于大修更新；（4）考核：灌溉水利用系数每下降0.01，扣减运行人员绩效5%。12.3培训每年冬季停灌期举办2期培训班，邀请省水利科学研究院专家授课，培训内容包括水泵拆装、变频器调试、LoRa节点故障排查，培训合格率100%。第十三章实施进度第1年3—4月：可研批复、施工图设计；5—7月：泵站、主干管招标及施工；8—10月：田间管网、塘坝同步施工；11月：自动化安装调试；12月：县级自验、市级初验、省级终验；第2年1月：正式运行。第十四章应急预案14.1干旱预警当气象预报连续10d无雨且土壤含水率低于田间持水量50%时，启动Ⅲ级响应，加密监测至每日1次；低于40%时启动Ⅱ级，削减非粮食作物供水20%；低于30%时启动Ⅰ级，全部水源优先保障口粮田。14.2管网爆管泵站出口压力突降>0.05MPa且流量突升>20%，判定为爆管；自控系统在90s内关闭对应主干管电动蝶阀，短信通知片区管理员，30min内到场，2h内完成止水，6h内完成抢修并恢复供水。14.3水质污染当塘坝或水源EC>3.0dS/m或COD>40mg/L，立即停止供水，切换地下水应急井，同步取样送检，24h内报告县生态环境分局，72h内完成污染源排