低压管道输水灌溉及工程设计探究

□王明旭（驻马店市水利勘测设计研究院）

低压管道输水灌溉及工程设计探究

□王明旭（驻马店市水利勘测设计研究院）

20世纪50年代，我国开始出现管道输水灌溉技术，其中，低压管道输水灌溉与渠道灌溉系统相比具有明显的优势。低压管道输水灌溉具有节水节能、不受地形限制、省时省力、减少占地等优点，非常适合当前农业生产形式，因此目前在节水灌溉面积中低压管道输水灌溉面积所占的比例是最大。文章介绍了低压管道输水灌溉系统组成、优势、布置形式，主要对低压管道输水灌溉工程设计进行探究。

低压管道；输水灌溉；组成；优势；布置形式；工程设计

0　引言

随着水资源紧张，农业用水供需矛盾的加剧,发展节水灌溉技术，提高灌溉水利用效率成为当前农业水利工程发展的一个趋势。低压管道输水灌溉是利用管道将水直接送到田间进行灌溉的一项节水灌溉技术。管道输水灌溉，减少传统地面灌溉造成的灌溉水浪费现象,而且改善了田间灌水条件，缩短了轮灌周期，可以大大提高灌溉水利用系数，适合农业生产发展的需要。

1　低压管道输水灌溉系统组成

低压管道输水灌溉系统由水源、首部枢纽、输配水管网系统、给水装置（灌水器）、保护设施、田间灌水设施等5个部分组成。如图1所示。水源包括井、渠、水库等；首部枢纽是指提水、动力等设备；输配水管网系统是指管道、管件；保护设施有安全阀、排气阀；田间灌水设施是指输水沟、移动软管等。

图1　低压管道输水灌溉系统组成图

2　低压管道输水灌溉的优点及管道布置形式

2.1低压管道输水灌溉的优点

低压管道输水灌溉具有以下优点：第一，节水，输水快。低压管道输水灌溉因为通过管道进行输水，可以有效地减少输水过程中的渗漏和蒸发损失，一般比土渠输水节约水量30%左右，大大提高了灌溉水利用率。第二，省时、省力，流速大，输水快，使用方便，便于管理控制。第三，减少土渠占地，以管代渠在井灌区一般可比土渠减少占地2%左右；输配水管网系统埋在地下，便于交通和机械耕作。第四，节能，降低灌溉成本。管道输水灌溉，一般可节省能耗20%～25%，还能改善田间灌水条件，缩短轮灌周期，促进增产增收。

2.2低压管道输水灌溉的管道布置形式

低压管道输水灌溉系统中管道布置形式根据不同的标准有不同的分法，如果以地下固定管道与地面移动管道所占的比例和平均密度不同进行分类的话，可分为：固定式、半固定式、一级固定管道和移动式4种；见表1。

表1　低压管道输水灌溉系统的管道布置形式表

3　工程案例

某项目区地势平坦，农业灌溉为主要依靠开采浅层地下水的平原井灌，是典型的纯井灌区。区内机井多为20世纪90年代所建，部分机井已报废，还在使用中的机井也因为年久失修存在不同程度的淤积和出水量明显减小，不能满足灌溉要求的情况。年久失修、管理不善，配套不足等多方面的原因，造成了灌溉水源严重制约农业生产发展的现状。

由于项目区基本上是传统大田粮食作物，所以项目区高效节水灌溉全部实行低压管道灌溉，大大改善农业生产条件。

4　低压管道输水灌溉工程设计

4.1主要技术参数

依据《低压管道输水灌溉工程技术规范SL/T153-95》，低压管道输水灌溉管网设计采用以下主要技术参数。管网水利用系数应不低于0.95。灌区土壤主要为砂姜黑土，地面坡降小，根据《低压管道输水灌溉工程技术规范SL/T153-95》，设计灌水方式为畦灌，畦长取50m、入畦单宽流量取5～6 L/s·m，设计畦宽2.10m，则入畦流量合37.80-45.40m3/h。

4.2设计灌水定额

设计净灌水定额由下式计算：

式中：m—土壤容重（g/cm3）；r—土壤容重（g/m3）；H—计划湿润层深度（m）；β1—适宜土壤含水量上限；β2—适宜土壤含水量下限；β田—田间持水量（重量比%）。

根据项目区土壤情况和作物种植情况，土壤容重取1.40 g/cm3，主要根系活动层取0.60m，田间持水量为土壤干容重的25.00%，适宜土壤含水量上限取田间持水量的90%，下限取70%，计算得设计灌水定额为120.15m3/hm2。灌水水深为41.80mm。

4.3设计灌水周期作物灌水周期计算如下：

式中：T—设计灌水周期（天）；m—设计净灌水定额（mm）。4.4设计流量及同时工作的出水口数

同时工作的出水口数由下式计算：

式中：N—同时工作的出水口数（个）；q—入畦单宽流量；B—畦宽（m）。

其它符号意义同前

按设计流量分别为32m3/h计算同时工作的出水口数，取1个。

3.5设计单井控制面积

单井控制面积按下式计算：

式中：A—单井控制面积（hm2）；Q0—机井额定出水量（m3/h）；T—设计灌水周期（天）；t—设计水泵每天工作时间（h）；η—设计灌溉水利用系数；m—设计净灌溉定额（m3/hm2）；α—控制性作物种植比例（冬季α=0.90，夏季α=0.60）。

取设计流量分别为32m3/h、设计灌水周期9 d，由于当地打井成本较高，水泵每天工作时间较长，取12 h，设计灌溉水利用系数η取0.90，设计毛灌水定额取420.15m3/hm2，计算的单井控制面积为5 hm2。

4.6管网水力计算

4.6.1水头损失计算

管道水头损失由二部分组成，包括沿程水头损失和局部水头损失。在计算沿程水头损失时，为了简化计算采用加大系数法，把局部水头损失估算在内。

简化后的管道水头损失计算式如下：

式中：hw—管道水头损失(m)；β—考虑局部水头损失的加大系数（取1.10）；f—管材摩阻系数；L、D—管道长度（m）、管道内径（mm）；Q—设计流量（m3/h）；m、b—流量指数、管径指数。

地面输水软管水头损失。

C—沿程摩阻系数（软管取120）。

其它符号意义同前。

4.6.2管道系统工作水头

按照《低压管道输水灌溉工程技术规范SL/T153-95》》要求，低压管道输水灌溉的管道系统设计工作，水头应按最大和最小工作水头的平均值取用。见表2。

表2　各种管材的fm b值表

4.6.3管道系统设计扬程

管道系统设计扬程由下式计算

式中：Hp—管网系统设计扬程（m）；(Z0-Zd)—管道系统进口地面参考点与机井动水位之间的高差（m）；∑hwo—井管水头损失（m）。

4.6.4管网水力计算

机井管网干管、支管采用φ110UPVC排水管。井管计算长度的取值按18m计，井管为D80钢管。由以上参数即可计算得管网系统设计扬程。

根据典型机井的水力计算，机井的设计扬程为26m，选择200QJ32-36型、出水量32m3/h的潜水电泵，配套电机功率为5.50 kw，即可满足整个低压管灌区机井的设计要求。

5　结语

综上所述可知：低压管道输水灌溉是目前农业节水灌溉的一项重要技术，主要应用于井灌区或输水系统层次少（一级或二级）的小型灌溉工程中。低压管道输水灌溉需要根据其工程设计进行布设，既能缓解当地水资源供需矛盾，使农作物得到及时灌溉，还能提高水资源有效利用，为节水农业的发展作出重要贡献。

［1］汤慧，赵岩松，伊佳倩.低压管灌系统在小型灌溉工程中的应用［J］.黑龙江水利科技，2014（1）.

［2］张雷.水利灌溉工程中低压管灌的应用［J］.河南科技，2014（20）.

［3］王二英，李娟.低压管道输水灌溉工程田间管网设计优化探讨［J］.价值工程，2015（14）.

（责任编辑：刘青）

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1673-8853（2016）08-0082-02

2016-06-09