UPVC管道在灌溉管道工程中的应用

任华红

(洪洞县水利局，山西 临汾 041600)

1 工程背景

临汾市洪洞县2016年小型农田水利设施项目位于洪洞县赵城镇，该农田水利设施工程建成后将会为6个行政村带来灌溉方面的便利，涉及总人口6332人，总耕地面积1140hm2，将使项目区新增可灌溉耕地面积946.66hm2。项目区主要为大陆性干燥气候，在季风的显著影响下气候较为温和，四季分明。多年平均降雨量为492.1mm，降水年内分配极不均匀，汛期雨量在全年降雨量中的占比在70%左右，7-8月份降雨量最大，因地形原因，山区常常出现局部性暴雨，今进而引发洪水；降雨年际变化较大，年降水量最大值约为最小值的三倍，多年平均气温12.0℃，极端最高和最低气温分别为40.7℃和-18.6℃。

项目区主要建设内容包括泵站工程、提水管道工程、蓄水池工程、输水管道工程及田间灌溉工程。共设置四条灌溉输水主管道，总长度11.968km，其中主输水管道①和主输水管道②均采用设计外径Φ225的UPVC管道，长度共为3.393km；主输水管道③和主输水管道④均采用设计外径Φ315的UPVC管道，长度共为8.575km；主输水管线沿线设7个排水阀、5个排气阀，27个分水阀，9个减压阀，48座闸阀井和167座镇墩。

2 水文地质条件

该农田水利设施项目位于临汾断陷盆地以北，汾河左岸赵城镇境内。地形平缓，且主要呈现为冲积高阶地与冲积低阶地地貌，Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地、高级阶地均有分布。项目区区域构造较为稳定，结合区域地质资料，项目区西北部主要分布数条NNE向推测断层，覆盖层较厚，所以对项目并无较大影响。工程区地下水主要为松散岩层孔隙水，具体分为浅层潜水和中层承压水。浅层潜水的补给来源主要为大气降水和汾河东西两岸地下水、河水，开采方式主要为人工开采以及向河流下游排泄。中层承压水的补给来源主要为边山侧向径流，排泄途径以人工开采为主。区域内地下水埋深为1.5-4.8m。

3 灌溉管道方案设计

3.1 管材选择

大量工程实践表明，UPVC管材重量轻，内壁光滑，不结垢和生锈，水力条件优越，更不会对管道造成二次污染，质地坚硬，抗腐蚀性能优良，其抗老化值、抗冲击性能、抗化学有机物性能、抗热性、熔接性、易卷性及抗压性能均符合规范要求。且与其他类型的塑料管材相比，UPVC管技术成熟，管材管件规格齐全，维修养护十分便利，在我国各大灌区成功应用实践经验丰富。

考虑到灌区主要为粉质壤土，根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》并结合农田灌溉工程施工经验和地形地貌特点，按照施工和管理维护方便、节省投资的原则进行田间管道工程管材选择及布置：管网系统由主管、支管、斗管、给水栓及各种管件组成。4道主管道选用UPVC管道，设计总长11.968km。支管按照500m的间距垂直于主管布置；斗管按100m间距垂直于支管布置，支、斗管均选用UPVC管道，设计总长150km；根据实际情况给水栓间距取100m左右。

3.2 管径设计

根据本灌区地势条件及设计水头损失进行主、支、斗灌溉管道管段管径的确定，《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》所规定的管道沿程损失[1]计算公式如下：

hf=f×(Qm/Db)×L

(1)

式中：hf为灌溉管段沿程水头损失，m；f为UPVC管材摩阻系数，取5.65×105；Q为灌溉管道的设计流量，m3/h，主要根据控制灌溉面积进行确定；L为灌溉管段长，m；m为流量系数，取1.85；b为管径系数，取5.04；D为UPVC灌溉管道内经，mm。

将本灌区灌溉管道相关参数取值带入式(1)后可得出该灌溉工程局部管段水头损失，并按照沿程水头损失10%计[2]，具体结果详见表1。

表1 UPVC输水管道水头损失计算结果

根据以上对该灌区UPVC管道水头损失计算结果，主输水管道①和主输水管道②设计管径均为Ф225，而主输水管道③和主输水管道④设计管径均为Ф315，支管、斗管设计管径均为Ф110。

4 UPVC灌溉管道施工要点

4.1 沟槽开挖回填

UPVC灌溉管材与球磨铸铁管材相比重量轻，安装便捷，用工少，对安装机具也无高要求，但是要求沟槽开挖宽度必须达到规范规定，如果管材沟槽开挖宽度不符合相关规范，虽然不会直接影响UPVC灌溉管材的安装，但是会影响回填质量及压实度，在回填及压实的过程中，很容易导致管道破裂。与此同时，管材开挖沟槽底部砂垫层厚度应至少为100mm，尤其对于土壤地质条件较为特殊、沟底大块砾石较多的区域，必须严格按照规范执行，确保回填施工质量。

4.2 管道安装

UPVC灌溉管材比金属管材重量轻，安装过程中无需大量人工和施工机具，主要通过胶圈接口连接，能大大降低安装成本，提升安装效率，且这种性能优势随管径的增大而愈发明显。但是，UPVC灌溉管材端口无顶进深度刻度线，在顶进深度方面存在掌握难度，尤其是在夜间或光线不良情况下安装的过程中，造成漏水或试压失败的可能性较大。此外，在UPVC灌溉管道安装的过程中可能需要切割管材，而UPVC弯头多为双承口接头，如果切口端面坡口不到位，则会增大安装难度，还会导致胶圈顶坏、错位。

UPVC管材的连接方式通常有承插胶圈连接、法兰连接和黏合连接，对于较大管径的UPVC管道通常采用承插胶圈连接方式，而黏合连接方式对于施工过程中管段接头处的清洁程度要求较高，同时还受到环境温度和空气湿度等的较大影响，质量控制难度大。为此本农田灌溉工程UPVC管材连接采用法兰连接方式。

4.3 管道试压

在进行本灌区UPVC灌溉管道试压时，按照相关规范的规定试验静水压力应大于设内水压0.8MPa，在进行管道试压时沿用球磨铸铁管试压标准，将试验水压设定为1.0MPa，稳压30min[3]。考虑到UPVC管道具有比金属管材更大的轴线膨胀系数，所以应采用较高的试压标准，而试压过程中也会造成接口滑出2.0-5.0mm，为避免接口继续滑出，回填土方必须符合设计压实度要求，且管道支墩强度和后背安全稳固性均应按规范控制，确保试压顺利。

4.4 管道支墩

UPVC灌溉管材在我国农田水利设施项目中的应用已经较为普遍，但是部分规范并不完善，例如管道支墩技术方面，金属管材支墩技术标准图集已经相对完整，技术及施工人员对金属管道支墩施工流程已经相当熟悉，但遗憾的是UPVC灌溉管道支墩施工技术并无相关规定和标准，在施工操作中，施工人员通常沿用金属管材支墩技术进行UPVC管道支墩砌筑施工，但是金属管材和UPVC管材在材质、性能、承载力等方面存在较大差异。为防止因操作技术不同引发管道局部应力集中而导致UPVC管材损坏，影响安全施工与工程运行，本工程管理部门结合现行规范及灌区土质条件，制定出适用于本工程的UPVC管道支墩施工规范，保证了管道支墩安全施工及灌溉工程安全运行。

5 结 论

通过文章对位于洪洞县赵城镇的《临汾市洪洞县2016年小型农田水利设施项目》中UPVC灌溉管道应用过程的分析表明，UPVC管道应用于农田灌溉工程能大大减少传统渠道高填挖方工程量，节省工程投资，还能减少工程占地，提升农田土地资源的使用效率。UPVC管以树脂为原材料，不含增塑剂，无毒性，且抗腐蚀性和柔性优良，不会与酸、碱、盐等发生电化学反应，也无需涂刷防腐涂层和设置内衬，对于农田灌溉工程以及农村安全引水工程、城市供水工程等均具有普遍适用性。