白銀市農(nóng)田水利項(xiàng)目低壓管道輸水灌溉工程設(shè)計(jì)

□文/秦梅

該農(nóng)田水利項(xiàng)目位于白銀市四龍鎮(zhèn)，主要涉及金山村、梁莊村、雙合村、永豐村等4 個(gè)行政村，分別對(duì)應(yīng)4 個(gè)片區(qū)。金山村、梁莊村、雙合村片控制灌溉面積分別為13.33公頃、13.33公頃和26.64公頃；永豐村片控制灌溉面積20.12 公頃。小麥和玉米是項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要的作物類型。項(xiàng)目區(qū)自2002年建成以來，主要采取大水漫灌、渠道輸水等常規(guī)灌溉方式，水資源利用效率低，作物產(chǎn)量不高。管理部門于2020 年開始決定改用低壓管道輸水灌溉方式，以徹底逆轉(zhuǎn)大水漫灌的低效率。

一、低壓管道輸水灌溉工程設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)灌溉定額

為提升該農(nóng)田水利項(xiàng)目對(duì)水資源的利用效率，必須在低壓管道輸水灌溉工程設(shè)計(jì)階段，計(jì)算有效灌溉周期內(nèi)低壓管道灌溉量。灌溉模式的確定通常具有及時(shí)性特征，故應(yīng)結(jié)合灌區(qū)主要作物類型，確定并適時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)灌溉量。此外，不同作物需水量不同，在灌溉制度確定時(shí)應(yīng)選擇最大灌溉量定額［1］。具體計(jì)算公式如下：

（1）m=667H（β1-β2）/η

式中：m～農(nóng)田水利項(xiàng)目灌溉定額；H～灌溉后田間浸潤深度預(yù)測值，根據(jù)主要作物類型在0.2～1 米之間取值；β1～農(nóng)田灌溉量上限；β2～農(nóng)田灌溉量下限；η～農(nóng)田土壤密度。將上式和農(nóng)田水利項(xiàng)目有效灌溉周期對(duì)接后便可得出灌溉周期內(nèi)低壓輸水管道灌溉量［2］，公式如下：

（2）TL=m/Ep×Ts

式中：TL～有效灌溉周期內(nèi)低壓輸水管道灌溉量；Ep～農(nóng)田需水量最大值；Ts～設(shè)計(jì)灌溉周期；其余參數(shù)含義同前。

出于管理方便和集中供水方面的考慮，該項(xiàng)目采用干支管續(xù)灌的低壓管道灌溉方式。結(jié)合該農(nóng)田水利項(xiàng)目灌溉節(jié)水技術(shù)相關(guān)資料以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件、灌溉設(shè)施現(xiàn)狀、供水保證條件，灌溉定額取65 立方米/秒。而灌溉延續(xù)時(shí)間主要根據(jù)灌區(qū)面積、作物種類、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃等綜合確定，灌溉延續(xù)時(shí)間7 天，低壓輸水管道灌溉系統(tǒng)每日運(yùn)行24 小時(shí)。將相關(guān)參數(shù)代入式（1）和（2）得出，該農(nóng)田水利項(xiàng)目金山村片、梁莊村片、雙合村片、永豐村片設(shè)計(jì)灌溉流量分別為84.89 立方米/小時(shí)、142.69 立方米/小時(shí)、121.03 立方米/小時(shí)、342.09 立方米/小時(shí)。該項(xiàng)目4 個(gè)片區(qū)共包括22 條支管，支管最長達(dá)到1020 米，各支管所控制的出水口個(gè)數(shù)在2～13 個(gè)之間，所確定的支管流量在1.4～40.5立方米/小時(shí)之間。

（二）管徑及管材

按照《管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范（GB/T 20203～2017）》所規(guī)定的管徑確定方法，應(yīng)當(dāng)結(jié)合經(jīng)濟(jì)流速進(jìn)行管段直徑計(jì)算，公式如下：

（3）D=18.8×（Q/V）0.5

式中：D～農(nóng)田低壓輸水管道直徑；Q～管道流量；V～管道經(jīng)濟(jì)流速，PVC-U 塑料管、PVC 管、PE 管分別按照1.2米/秒、1.1米/秒及1.0米/秒取值。

關(guān)于低壓輸水管道管材的選擇，主要提出PVC-U 塑料管、PVC 管、PE 管等幾種材質(zhì)，具體比較見表1。經(jīng)過對(duì)材料性能、施工便捷性等的綜合比較，該農(nóng)田水利工程最終選用性能優(yōu)異、使用壽命長的PVC-U塑料管。

表1 農(nóng)田水利項(xiàng)目低壓輸水管道管材比選

（三）沿程水頭損失

該農(nóng)田水利項(xiàng)目低壓輸水管道沿程管路水頭損失按照下式確定：

（4）hf=0.948×105LQ1.774/d4.774

式中：hf～輸水管道沿程水頭損失；L～輸水管道設(shè)計(jì)長度；d～輸水管道管徑；其余參數(shù)含義同前。

為保證計(jì)算結(jié)果的可靠性，輸水管道沿程水頭損失應(yīng)逐段計(jì)算，沿程水頭損失的10%即為局部水頭損失；出水口工作水頭、沿程水頭損失及豎管設(shè)計(jì)高度之和為輸水管道末端所需壓力［3］，該農(nóng)田水利工程末端出水口工作水頭取1.5 米。鑒于表格較長，此處僅列出白銀市金山村片輸水管路水頭損失計(jì)算結(jié)果，金山村片輸水管路中支管6 所處位置最遠(yuǎn)，總水頭損失最大，屬于最不利供水節(jié)點(diǎn)；該支管末端地面實(shí)際高程43.31 米，考慮末端總水頭損失后的出水口工作水頭為51.81 米，取水管高程不滿足正常輸水要求，必須加壓。

該農(nóng)田水利項(xiàng)目其余片區(qū)支管也存在與金山村片支管6 類似的問題，為控制輸水管路末端總水頭損失，取得較好的輸水效果，均須加壓。

二、運(yùn)行效果

根據(jù)對(duì)該農(nóng)田水利項(xiàng)目低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)運(yùn)行效果的分析看出，項(xiàng)目低壓管道輸水過程中蒸發(fā)及滲漏損失大大減小，灌溉水利用效率明顯提升，與原土渠和防滲渠道相比，可節(jié)約水量30%和5%。低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)埋設(shè)在地下，可比明渠灌溉方式節(jié)省耕地占用2%～5%，田間建筑物大大減少，運(yùn)行及管理過程實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)化和規(guī)范化，輸水時(shí)間和輪灌期縮短，灌溉效率明顯提升，也為增產(chǎn)增收提供了保證。

此外，低壓管道輸水系統(tǒng)屬于有壓供水，對(duì)于陡坡、溝坎、彎道、跨路等多種地形均普遍適用；灌溉設(shè)備及技術(shù)簡單，水量易于計(jì)量和控制，管護(hù)方便，也為農(nóng)田水利工程機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)提供了便捷條件。將輸水管道埋設(shè)在地下，塑料管不易老化和破損，使用壽命可延長至50年。

三、結(jié)論

該農(nóng)田水利項(xiàng)目低壓管道灌溉工程實(shí)施后，灌溉水利用系數(shù)從原來的0.46 提升至0.71 左右，灌溉水節(jié)約效果十分可觀，新增節(jié)水能力轉(zhuǎn)用于項(xiàng)目區(qū)內(nèi)灌溉面積的恢復(fù)和改善，中低產(chǎn)農(nóng)田產(chǎn)量得以提升；項(xiàng)目的實(shí)施也為管理機(jī)構(gòu)按實(shí)際用水量征收水費(fèi)提供了可能，灌水秩序明顯改善，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者水費(fèi)負(fù)擔(dān)也進(jìn)一步降低。