低压管道输水灌溉技术在灌区节水改造中的设计与应用

文/王栋 滨州市沾化区水务局 山东滨州 256800

灌区作为我国规模化生产粮食的重要基地，其为我国工农业的可持续发展做出了巨大贡献。灌区节水改造以减少水量损失，提高农业资源利用率，一直是灌区农业发展值得关注的重点问题。这一背景下，低压管道输水灌溉技术被逐渐引入到灌区节水改造中，且取得了良好的应用效果。低压管道输水灌溉技术主要是指利用灌区地形高差形成的自然压力或低耗能机泵提供的压力，以低耐压管道替代明渠输水，从而将水源引入到田间，从管道分水口直接将水输送到田间沟、畦，然后进行地面灌溉的一种技术。

1、低压管道输水灌溉系统的设计与应用

1.1 系统的总体布置

以山东菏泽灌区为例，此工程低压管道的输水灌溉面积达到四千亩左右，其系统设计结构以开敞式结合半封闭的输水灌溉形式为主，输水时管道系统的设计以不完全封闭为主，这样便可在管网适宜的地方安装浮球阀和分水调压井，从而对于阀门进行控制。该系统采用的是地埋干管与支管两级固定管道，管网系统运用树枝状进行布置。值得注意的是进行树枝状布置时应尽量与实际地形条件及实际地块形状紧密结合，管线尽量平缓、平顺，起伏点与转折点尽可能减少，因为在保证质量的前提下管线越短，工程的造价成本相对就越低。另外，支管间距控制在300米左右为宜，出水口间距控制在120米左右为宜。在每支管道的最低处，以实际地形为依据合理设计排水阀井及排沙口，从而保障管道输水顺利进行。

1.2 取水工程

节制闸和分水闸是取水工程的重要组成部分，通常位于二级或三级干渠40千里左右。具体的布局方式及整体效果应以农户需求为目的，从而进行科学合理的方案设计。

1.3 引渠工程

引渠工程的质量可一定程度上影响输水质量，其主要包括引渠与沉砂池两大部分。其一引渠。引渠通常采用矩形断面进行设计，其长度、深度及宽度应根据实情而定，其主要作用是为了连接节制闸与沉沙池之间的输水，结构模式以c20 现浇混凝土模式居多。其二，沉砂池。沉砂池设计时开敞式矩形单箱结构较为多见，以c20现浇混凝土模式、挡土墙式结构居多，总容积在100-200立方米左右。沉砂池与引渠之间要设计一条渐变段将两者连接，并在沉砂池入口右侧设计集水坑，以用于集水。另外，为了提高沉砂效果，通常会把池底设计成倒坡结构，这样能较为及时地将淤砂清除。

1.4 管道部分

管道部分的主要内容包括确定灌水定额、确定管网设计流量及干管三大部分。其一，确定灌水定额。管道管网设计，一般以农作物生育期内每次最大灌水量值作为设计灌水的定额。对种植多种农作物的灌区，一般采用该阶段内主要农作物的最大灌水额作为设计的灌水定额。通常灌水定额采用以下公式来计算：M=66.7r H（β1-β2）β。该公式中，M表示灌水定额，单位为每亩立方米；H表示计划湿润层深度，单位为米，该工程中将 H 设为0.8米；β1表示合适土壤含水量上限，取田间持水量的百分之九十五；β2表示合适土壤含水量下限，取田间持水量的百分之六十五；β表示田间持水量，通常定为百分之二十五；r 表示土层内土壤干容量，确定r等于15N/m3。该工程中，经过公式计算得出灌水定额确定为每亩 60立方米。其二，确定管网设计流量。管网设计流量通常采用以下公式确定：

Q 设=mA/（nTt）。该公式中，A表示灌溉的总面积；n表示灌溉水利用系数，低压管道通常取 0.8；t表示每日工作时间；m表示灌水定额；T表示灌水周期；该灌溉系统中，经过公式得出管网设计流量为2,980m3/h（0.8m3/S）。其三，干管。干管通常选用承插式加筋混凝土型预制管，该类干管不仅价格低，而且安装较为方便。

1.5 管道建筑物

管道建筑物指的是分水调压井与出水口。分水调压井在开敞式输水灌溉系统中的较为多见，且矩形结构居多，其有调压、分水、进气、排气功能。出水口是干管、支管上的灌溉供水基础装置，其将水直接输送到田间沟、畦处。其通常设置为全铸铁结构，采用螺杆调节阀瓣的原理来控制出水口流量。

2、低压管道输水灌溉技术应用效果分析

低压管道输水灌溉技术与传统明渠灌溉技术相比，其优势较为显著，具体体现在以下几方面：其一，提高了水资源的利用率，更加节水。运用低压管道灌溉系统输水时，不易出现水量蒸发及渗漏等情况与传统明渠灌溉相比，显然更加节水。相关文献资料显示，其节水量与明渠相比高达百分之三十左右。其二，占用耕地面积少，提高了工程进度。低压管道灌溉以地下埋藏管网方式为主，这与明渠灌溉相比，占用耕地面积大大减少，使土地资源利用率进一步提高。另外，该灌溉方式不需在田间建设太多的建筑物，输水时间也较短，缩短了工期，提高了工程进度。其三，使农作物产值提高。低压管道输水灌溉具有输水周期短、水量不易蒸发及渗漏等特点，可很大程度上满足农作物生长需求，从而提高其产值。其四，管理起来较为方便。低压管道输水灌溉技术利用的是压力供水，可适用于各式各样的地形。除此之外，灌溉设备较为简单，技术性不强容易被农户掌握，管理起来也非常方便。其五，使用寿命相对较长。低压管道输水灌溉将管网埋于地下，管道遭不到风吹日晒，不易老化或破损，与明渠灌溉相比，其使用寿命相对较长，管道使用周期一般在50年左右。

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