低壓管道輸水灌溉技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水改造中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王棟

【摘要】低壓管道輸水灌溉技術(shù)具有管道不易堵塞、出水口出水量大、所需壓力低等特點(diǎn)，大大提高了灌區(qū)灌溉效率，節(jié)約了水源，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文以山東菏澤灌區(qū)為例，圍繞低壓管道輸水灌溉技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】低壓管道輸水灌溉技術(shù)；灌區(qū)節(jié)水改造中；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

灌區(qū)作為我國(guó)規(guī)?；a(chǎn)糧食的重要基地，其為我國(guó)工農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。灌區(qū)節(jié)水改造以減少水量損失，提高農(nóng)業(yè)資源利用率，一直是灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展值得關(guān)注的重點(diǎn)問題。這一背景下，低壓管道輸水灌溉技術(shù)被逐漸引入到灌區(qū)節(jié)水改造中，且取得了良好的應(yīng)用效果。低壓管道輸水灌溉技術(shù)主要是指利用灌區(qū)地形高差形成的自然壓力或低耗能機(jī)泵提供的壓力，以低耐壓管道替代明渠輸水，從而將水源引入到田間，從管道分水口直接將水輸送到田間溝、畦，然后進(jìn)行地面灌溉的一種技術(shù)。

1、低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1.1系統(tǒng)的總體布置

以山東菏澤灌區(qū)為例，此工程低壓管道的輸水灌溉面積達(dá)到四千畝左右，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以開敞式結(jié)合半封閉的輸水灌溉形式為主，輸水時(shí)管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以不完全封閉為主，這樣便可在管網(wǎng)適宜的地方安裝浮球閥和分水調(diào)壓井，從而對(duì)于閥門進(jìn)行控制。該系統(tǒng)采用的是地埋干管與支管兩級(jí)固定管道，管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用樹枝狀進(jìn)行布置。值得注意的是進(jìn)行樹枝狀布置時(shí)應(yīng)盡量與實(shí)際地形條件及實(shí)際地塊形狀緊密結(jié)合，管線盡量平緩、平順，起伏點(diǎn)與轉(zhuǎn)折點(diǎn)盡可能減少，因?yàn)樵诒ＷC質(zhì)量的前提下管線越短，工程的造價(jià)成本相對(duì)就越低。另外，支管間距控制在300米左右為宜，出水口間距控制在120米左右為宜。在每支管道的最低處，以實(shí)際地形為依據(jù)合理設(shè)計(jì)排水閥井及排沙口，從而保障管道輸水順利進(jìn)行。

1.2取水工程

節(jié)制閘和分水閘是取水工程的重要組成部分，通常位于二級(jí)或三級(jí)干渠40千里左右。具體的布局方式及整體效果應(yīng)以農(nóng)戶需求為目的，從而進(jìn)行科學(xué)合理的方案設(shè)計(jì)。

1.3引渠工程

引渠工程的質(zhì)量可一定程度上影響輸水質(zhì)量，其主要包括引渠與沉砂池兩大部分。其一引渠。引渠通常采用矩形斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，其長(zhǎng)度、深度及寬度應(yīng)根據(jù)實(shí)情而定，其主要作用是為了連接節(jié)制閘與沉沙池之間的輸水，結(jié)構(gòu)模式以c20 現(xiàn)澆混凝土模式居多。其二，沉砂池。沉砂池設(shè)計(jì)時(shí)開敞式矩形單箱結(jié)構(gòu)較為多見，以c20 現(xiàn)澆混凝土模式、擋土墻式結(jié)構(gòu)居多，總?cè)莘e在100-200立方米左右。沉砂池與引渠之間要設(shè)計(jì)一條漸變段將兩者連接，并在沉砂池入口右側(cè)設(shè)計(jì)集水坑，以用于集水。另外，為了提高沉砂效果，通常會(huì)把池底設(shè)計(jì)成倒坡結(jié)構(gòu)，這樣能較為及時(shí)地將淤砂清除。

1.4管道部分

管道部分的主要內(nèi)容包括確定灌水定額、確定管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量及干管三大部分。其一，確定灌水定額。管道管網(wǎng)設(shè)計(jì)，一般以農(nóng)作物生育期內(nèi)每次最大灌水量值作為設(shè)計(jì)灌水的定額。對(duì)種植多種農(nóng)作物的灌區(qū)，一般采用該階段內(nèi)主要農(nóng)作物的最大灌水額作為設(shè)計(jì)的灌水定額。通常灌水定額采用以下公式來(lái)計(jì)算：M=66.7r H（β1-β2）β。該公式中，M表示灌水定額，單位為每畝立方米；H表示計(jì)劃濕潤(rùn)層深度，單位為米，該工程中將 H 設(shè)為0.8米；β1表示合適土壤含水量上限，取田間持水量的百分之九十五；β2表示合適土壤含水量下限，取田間持水量的百分之六十五；β表示田間持水量，通常定為百分之二十五；r 表示土層內(nèi)土壤干容量，確定r等于15N/m3。該工程中，經(jīng)過公式計(jì)算得出灌水定額確定為每畝 60立方米。其二，確定管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量。管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量通常采用以下公式確定：

Q 設(shè)=mA/（nTt）。該公式中，A表示灌溉的總面積；n表示灌溉水利用系數(shù)，低壓管道通常取 0.8；t表示每日工作時(shí)間；m表示灌水定額；T表示灌水周期；該灌溉系統(tǒng)中，經(jīng)過公式得出管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量為2，980m3/h（0.8m3/S）。其三，干管。干管通常選用承插式加筋混凝土型預(yù)制管，該類干管不僅價(jià)格低，而且安裝較為方便。

1.5管道建筑物

管道建筑物指的是分水調(diào)壓井與出水口。分水調(diào)壓井在開敞式輸水灌溉系統(tǒng)中的較為多見，且矩形結(jié)構(gòu)居多，其有調(diào)壓、分水、進(jìn)氣、排氣功能。出水口是干管、支管上的灌溉供水基礎(chǔ)裝置，其將水直接輸送到田間溝、畦處。其通常設(shè)置為全鑄鐵結(jié)構(gòu)，采用螺桿調(diào)節(jié)閥瓣的原理來(lái)控制出水口流量。

2、低壓管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用效果分析

低壓管道輸水灌溉技術(shù)與傳統(tǒng)明渠灌溉技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)較為顯著，具體體現(xiàn)在以下幾方面：其一，提高了水資源的利用率，更加節(jié)水。運(yùn)用低壓管道灌溉系統(tǒng)輸水時(shí)，不易出現(xiàn)水量蒸發(fā)及滲漏等情況與傳統(tǒng)明渠灌溉相比，顯然更加節(jié)水。相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示，其節(jié)水量與明渠相比高達(dá)百分之三十左右。其二，占用耕地面積少，提高了工程進(jìn)度。低壓管道灌溉以地下埋藏管網(wǎng)方式為主，這與明渠灌溉相比，占用耕地面積大大減少，使土地資源利用率進(jìn)一步提高。另外，該灌溉方式不需在田間建設(shè)太多的建筑物，輸水時(shí)間也較短，縮短了工期，提高了工程進(jìn)度。其三，使農(nóng)作物產(chǎn)值提高。低壓管道輸水灌溉具有輸水周期短、水量不易蒸發(fā)及滲漏等特點(diǎn)，可很大程度上滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需求，從而提高其產(chǎn)值。其四，管理起來(lái)較為方便。低壓管道輸水灌溉技術(shù)利用的是壓力供水，可適用于各式各樣的地形。除此之外，灌溉設(shè)備較為簡(jiǎn)單，技術(shù)性不強(qiáng)容易被農(nóng)戶掌握，管理起來(lái)也非常方便。其五，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。低壓管道輸水灌溉將管網(wǎng)埋于地下，管道遭不到風(fēng)吹日曬，不易老化或破損，與明渠灌溉相比，其使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，管道使用周期一般在50年左右。

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