自壓灌溉系統(tǒng)在微灌工程中的運用

□鄧錦秀（喀什農(nóng)三師勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司）

0 前言

管道輸水灌溉是利用一定壓力將灌溉水由分水設(shè)施（灌水器）輸送到田間的一種節(jié)水灌溉方式，根據(jù)提供工作壓力的方式不同，又可分為自壓灌溉和加壓灌溉。自壓灌溉是利用自然地形落差將管道累積起來的勢能作為節(jié)水灌溉所需的工作壓力水頭；加壓灌溉是利用電能通過水泵加壓轉(zhuǎn)化成勢能（揚程）作為節(jié)水灌溉所需的工作壓力水頭。當(dāng)灌區(qū)地形坡度較大時，應(yīng)充分利用有利的自然地形條件發(fā)展自壓管道輸水的節(jié)水灌溉，它突出的優(yōu)點就是充分利用自然壓差，形成壓力管道系統(tǒng)即自壓灌溉系統(tǒng)，不需要消耗電能就可解決動力問題，可配套低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉設(shè)施，其中自壓滴灌系統(tǒng)所需工作壓力為400 kPa及以上。

自壓灌溉必須同時具備2個條件：一是能夠提供系統(tǒng)工作所需壓力水頭的自然地形條件，自壓灌溉就是利用自然地形落差形成壓力水頭自流灌溉；二是自然地形落差越大形成壓差的管道長度就越短，即水源地（輸水管道入口）與灌區(qū)的距離不能太遠，否則會增加投資，從而降低經(jīng)濟效益。

1 自壓灌溉系統(tǒng)在微灌工程中的運用

1.1 灌區(qū)概況

新疆莎車縣0.13萬hm2開心果滴灌工程自壓灌溉系統(tǒng)位于喀喇昆侖山前洪積、沖積傾斜平原，葉爾羌河喀群渠首下游30 km處，靠近喀喇昆侖山出山口,地勢連綿起伏,高低不平，表層耕種土淺薄，約0.50~1m，土層下為砂礫石層，保水性差。地形由北向南傾斜,縱坡約1%，南北長5.10 km，東西寬1.90~2.80 km,灌溉面積0.13萬hm2，距離縣城約65 km，無輸變電設(shè)施。葉爾羌河屬冰川融雪補給型河流，多年平均徑流量為77.29億m3。工程水源為葉爾羌河喀群一級電站尾水，電站常年發(fā)電，常年有水，水源地距工程區(qū)約5.10 km，輸水管道入口地面高程為1387 m，灌區(qū)入口最不利地面高程為1337m，地形落差約50m，能夠滿足滴灌系統(tǒng)所需的工作壓力水頭。

1.2 節(jié)水工程規(guī)劃設(shè)計

1.2.1 自壓灌溉系統(tǒng)的組成

自壓灌溉系統(tǒng)包括：水源、首部樞紐（攔污柵、閘門、量水設(shè)備、輸水渠或管、沉沙池和壓力池）、輸水管網(wǎng)系統(tǒng)、田間灌溉系統(tǒng)。首部樞紐的作用主要是保證有足夠的水量供應(yīng)，同時，保證水質(zhì)清潔，避免管網(wǎng)堵塞。田間灌溉系統(tǒng)選用“支管+毛管”的滴灌系統(tǒng)模式。

1.2.2 管網(wǎng)布置

管網(wǎng)包括總干管、干管、分干管、支管、毛管五級管道?？偢晒苡杀毕蚰蠌墓鄥^(qū)內(nèi)部穿過，總干管兩側(cè)分別布置10條干管，將灌區(qū)劃分為10個區(qū)，每個區(qū)管網(wǎng)沿地形順坡成梳式布置。干管位于每個區(qū)的最高處，分干管順坡布置在干管南側(cè)，支管對稱布置在分干管兩側(cè)，毛管沿作物行向布置在支管南北兩側(cè)。條田尺寸長500m×寬315m，1個條田有8條支管。支管每條長75 m，毛管順坡向長152.50m，逆坡向長92.50m，每對總長245m，每行作物布1條毛管，毛管間距6m。灌溉系統(tǒng)的控制裝置主要有控制閥、進排氣閥、安全閥、排水閥等。

1.2.3 灌水器

結(jié)合砂壤土特征及開心果種植模式（行距6m，株距5m），灌水器選用管上壓力補償式滴頭，3個滴頭安裝于管徑為4mm的PE環(huán)狀微管上，單個滴頭額定流量4 L/h，環(huán)狀微管繞樹布置，環(huán)狀直徑約80 cm，環(huán)狀微管用旁通與毛管連接，毛管上每隔5m 1個出水孔。毛管選用外徑20mm，壁厚1.30mm，公稱壓力0.25MPa，滴頭工作壓力10m的滴灌管，滴灌管用三通與支管連接，滴灌管沿種植行布置，間距6m。

1.2.4 水力計算

灌區(qū)管網(wǎng)的最大地形落差達80m（輸水總干管入口至總干管末端），為降低工程投資，在允許的運用條件下，為保證管網(wǎng)不出現(xiàn)過大壓力，各級管道能按設(shè)計出流。管網(wǎng)水力計算遵循的原則：一是各干管、分干管為續(xù)灌，分干管對支管按輪灌組供水。二是為保證正常分水并切斷上下級管段的有壓水力聯(lián)系，上下級和管道的連接處，一般均設(shè)有分水閥。三是每個條田只允許開啟1條支管運行。四是采取分組輪灌工作制度，水力計算以1個輪灌組為基礎(chǔ)，毛管流量為毛管上的分流孔數(shù)與單孔流量的乘積，支管流量為其所控制毛管流量的總和，分干管流量由支管分段逐漸累計得出，主干管流量由分干管逐漸累計得出，總干管流量由各主干管逐漸累計，得出：總干管流量Q總＝1282.80m3/h（0.38m3/s）。

根據(jù)水力計算，確定出各級管道的管徑、管材，輸水總干管采用玻璃鋼管，工作壓力0.60MPa，干管、分干管采用UPVC管，工作壓力0.40~0.80MPa，支管、毛管采用PE管，工作壓力0.25 MPa。

1.2.5 運行管理

三分建，七分管。實行統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分級或集中管理。要加強技術(shù)培訓(xùn)，提高管理水平；要明確工作職責(zé)和任務(wù)，實行滴灌產(chǎn)業(yè)化管理；要加強用水管理，按照工作制度適時灌溉。

1.2.5.1 管網(wǎng)運行管理

第一次運行時要對管網(wǎng)進行檢查、試水，保證管道通暢、無漏水、閘閥啟閉靈活、測量儀表盤清晰、閥門井中無積水。灌水時每次開啟一個輪灌組，當(dāng)一個輪灌組結(jié)束時應(yīng)先開啟下一個輪灌組，再關(guān)閉上一個輪灌組，嚴禁先關(guān)后開。將系統(tǒng)運行壓力控制在設(shè)計壓力以下，保證系統(tǒng)安全。在播種、定苗、除草時不要損壞滴灌帶。灌水季節(jié)結(jié)束后應(yīng)對輸水管道進行全面檢查，清除管道內(nèi)淤泥，排出余水。

1.2.5.2 設(shè)備運行管理

當(dāng)沉沙池積沙達到設(shè)計沉沙深度時應(yīng)及時排沙清淤。每次運行前要對過濾器進行清洗，過濾器進出口壓力超過正常壓力差的20%~30%時要進行反沖洗或清洗，嚴格按過濾器的設(shè)計流量與壓力進行操作，不得超壓、超流量運行。施肥灌中注入固體顆粒不得超過施肥罐容積的2/3，并定期清洗施肥罐。每年灌水季節(jié)結(jié)束后應(yīng)對設(shè)備進行全面檢查，并對設(shè)備進行維護保養(yǎng)。

2 自壓灌溉系統(tǒng)的運用效果

結(jié)合項目區(qū)存在的制約因素，根據(jù)自壓灌溉系統(tǒng)的優(yōu)點，分析自壓灌溉系統(tǒng)在項目區(qū)節(jié)水灌溉中的運用效果。

2.1 節(jié)約水資源

相比于傳統(tǒng)地面灌溉和加壓灌溉，自壓灌溉從水源到田間均采用管道輸水，沿程損失小，水的利用系數(shù)很高，可節(jié)約水資源。通過分析，自壓管道灌溉與常規(guī)地面灌溉和加壓管道灌溉相比可分別節(jié)水28%和16%。

2.2 緩解供電壓力，提高農(nóng)業(yè)保證率

莎車縣加壓高效節(jié)水灌溉面積達1.33萬hm2，灌溉高峰期搶占工業(yè)用電，農(nóng)業(yè)用電保證率低，很多加壓高效節(jié)水灌溉系統(tǒng)無法正常運行。因此，工程因地制宜利用自然地形條件發(fā)展自壓灌溉系統(tǒng)解決動力問題，來緩解供電壓力，提高農(nóng)業(yè)保證率。

2.3 節(jié)約能源，降低運行成本

自壓灌溉系統(tǒng)是利用自然地形落差解決動力問題，每年運行費用低，加壓灌溉系統(tǒng)消耗電能，每年運行費用高（主要為電費）。其中節(jié)水灌溉設(shè)施尤其是滴灌對灌溉水質(zhì)要求高，必須設(shè)置過濾設(shè)施，而過濾設(shè)施在工作過程中需對自身進行清洗，一般清洗需工作壓力100 kPa，自壓灌溉系統(tǒng)可為過濾設(shè)施提供足夠的壓力水頭，而不必利用外部電源，減少能耗，降低運行成本。

2.4 運行穩(wěn)定性高

自壓灌溉系統(tǒng)輸水管道埋于地下，不易受外界因素影響，運行穩(wěn)定性高，可安裝流量計精確配水，減少管理工作量；而加壓灌溉系統(tǒng)易受電力系統(tǒng)容量、線路檢修及其他情況影響，往往不能正常工作，需要專業(yè)管理人員隨時待命。

3 自壓灌溉系統(tǒng)存在的問題

工程自壓灌溉系統(tǒng)主要存在問題一是需要建設(shè)規(guī)模較大的沉沙調(diào)節(jié)池及前池，占地較大。工程沉沙池采用的是水力定期沖洗式沉沙池，沉沙池及前池占地面積合計4440m2，約0.44 hm2，占地面積很大。二是對節(jié)水灌溉設(shè)備和管材要求高。輸水總干管為玻璃鋼管，一次性投資較大，約為加壓節(jié)水灌溉系統(tǒng)投資的1倍。三是對灌溉管理人員要求較高，管理人員必須掌握自壓灌溉系統(tǒng)運行、維護、安全管理的相關(guān)知識和技術(shù)，才能保證工程效益的有效發(fā)揮，因此必須對管理人員進行嚴格的技術(shù)培訓(xùn)，達標上崗。

4 結(jié)語

自壓灌溉系統(tǒng)突出的優(yōu)點就是節(jié)約能源，作為一個大系統(tǒng)，沉砂調(diào)節(jié)池、骨干輸水管網(wǎng)、田間管網(wǎng)形成一個有機整體，有利于實施自動化控制。

[1]常智偉.自壓管道輸水灌溉技術(shù)在自流灌區(qū)節(jié)水改造設(shè)計中的應(yīng)用[J].山西水利科技,2002,02:71-73.

[2]雷剛.自壓管道灌溉系統(tǒng)在石頭河水庫灌區(qū)節(jié)水改造中的應(yīng)用[J].陜西水利,2012,03:153-154.