低壓管道輸水灌溉在黃河下游地區(qū)的應(yīng)用淺析

【摘要】簡(jiǎn)要介紹低壓管道輸水灌溉案例的基本建設(shè)情況、主要做法及其設(shè)計(jì)依據(jù)、存在的問題和解決措施，并提出自己對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在渠灌區(qū)推廣的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】壓管道；輸水灌溉；黃河下游

通過埋設(shè)低壓管道向田間輸水灌溉，以替代明渠，既節(jié)地節(jié)水又簡(jiǎn)便易行，在井灌區(qū)得到很成功的實(shí)踐，但在廣大渠灌區(qū)，特別是黃河下游引黃灌區(qū)，受泥沙容易淤堵管道等問題制約，此項(xiàng)技術(shù)要加以推廣，情況就復(fù)雜的多。以下藉一黃河下游地區(qū)低壓管道輸水灌溉案例，談一下自己對(duì)此的認(rèn)識(shí)和思考。

1、項(xiàng)目建設(shè)情況

利津縣位于黃河下游沖積平原，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以引黃灌溉為主，目前，縣管干渠基本都已進(jìn)行了防滲襯砌。為進(jìn)一步提高灌溉用水利用率，從2012年開始，通過系列工程項(xiàng)目，進(jìn)行末級(jí)渠系管道化輸水改造嘗試。

西雙高效節(jié)水灌溉工程為其中項(xiàng)目之一，位于利津街道北部，發(fā)展泵站提水低壓管道灌溉面積12016畝。建設(shè)內(nèi)容包括新建小型灌溉泵站7座；鋪設(shè)玻璃鋼管道9.22km，PVC管道81.04km；給水栓、排水口等田間配套設(shè)施。

2、主要經(jīng)驗(yàn)做法

王莊一干作為項(xiàng)目區(qū)灌溉水源，為地下渠道，經(jīng)泵站提水后才能進(jìn)行田間灌溉，因此采用“固定泵站 +玻璃鋼管道+PVC管道 +地面移動(dòng)軟管”的工程灌溉模式。

選取項(xiàng)目區(qū)中一座泵站所控制的2150畝管道輸水灌溉工程為典型，談一下主要經(jīng)驗(yàn)做法。典型區(qū)東西寬2200m，南北長(zhǎng)650m，主要種植小麥、玉米和棉花等作物，耕作層土壤為中壤土，土壤容重為1.47g/cm3，田間持水率為26%，最大凍土層厚為45cm。

管道輸水灌溉工程由提水泵站、輸水管道、田間配套工程組成。

1）提水泵站

泵站主體工程包括進(jìn)水建筑物、泵房、出水建筑物。

①進(jìn)水建筑物

包括前池、進(jìn)水池；前池八字型開口設(shè)在河道內(nèi)，向內(nèi)延伸12m與進(jìn)水池相接，設(shè)漿砌塊石護(hù)底、擋土墻，護(hù)底下鋪設(shè)土工布和中砂墊層作為反濾層，并設(shè)排水孔。進(jìn)水池設(shè)計(jì)底高程14.0m，泵吸水口懸空高度0.5m。進(jìn)水池底板及擋土墻為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，底板厚0.4m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)4.0m，垂直水流方向長(zhǎng)6.0m。進(jìn)水池上游端設(shè)置攔污柵一道，以攔截水中雜物，保障水泵運(yùn)行安全。

②泵房

屬干室型泵房，室內(nèi)地面高程為18.5m，開間軸線尺寸為3.6m、進(jìn)深軸線尺寸9.0m，地下為3m、地上為4m。

a水泵選擇

據(jù)系統(tǒng)總揚(yáng)程23.92m、系統(tǒng)流量719.42 m3/h，選用某型離心泵2臺(tái)，水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程H=19～27m，設(shè)計(jì)流量為360m3/h。

b設(shè)備布置

水泵進(jìn)水管上設(shè)電動(dòng)蝶閥，直徑250mm，壓力0.6Mpa，蝶閥與水泵間設(shè)橡膠減震器。在每臺(tái)水泵出口設(shè)水錘消除器、自動(dòng)保壓液控蝶閥和自動(dòng)蝶閥；液控蝶閥為工作閥門，電動(dòng)蝶閥為檢修閥門。

③出水建筑物

水泵出水管道連接低壓輸水系統(tǒng)主干管道。

2）輸水管道

輸水管道布設(shè)情況：主干管道為長(zhǎng)1650mΦ500玻璃鋼管；垂直主干管鋪設(shè)4條各長(zhǎng)325mΦ200PVC分干管；垂直于分干管每隔130m布置長(zhǎng)550mΦ125 PVC支管。

①、管材選擇

綜合考慮價(jià)格、性能等因素，選取PVC、玻璃鋼管作為輸水管材，因其具有內(nèi)壁光滑、水力條件好、地形適用性強(qiáng)、價(jià)格低、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。PVC管材連接便捷、接頭強(qiáng)度高，玻璃鋼管材徑價(jià)比隨管徑的增大而減小，最后確定Φ500mm管徑以上管道采用玻璃鋼管，以下選用PVC管。

②、工作制度確定

灌溉時(shí)，運(yùn)行方式采用4條分干管全部開放，以每3條支管為一輪灌組、每條支管開啟2個(gè)給水栓。

3）田間配套工程

包括排水口及排水閥池、給水栓保護(hù)池、閥門保護(hù)池。

①、排水口及排水閥池

每條分干管首、末端設(shè)同徑閥門，末端閥門用于排出管內(nèi)余水。排水閥池采用磚混結(jié)構(gòu)，四周圍護(hù)結(jié)構(gòu)為磚砌體，頂部為移動(dòng)式混凝土頂制板。放水池低于自然地面1.0m，寬0.6m，長(zhǎng)1.0m，底部鋪設(shè)20cm厚砂墊層，以利于余水下滲。

②給水栓及保護(hù)池

給水栓沿支管間距50m布設(shè)，并設(shè)C20預(yù)制鋼筋混凝土圓管作為保護(hù)池，內(nèi)徑尺寸為0.4m，總高0.8m，前后面設(shè)半徑0.125m圓孔，以操作出水口部件和連接地面移動(dòng)軟管。

③閥門及保護(hù)池

每一閥門處設(shè)C20預(yù)制鋼筋混凝土保護(hù)池，內(nèi)部長(zhǎng)0.5m，寬0.4m，總高0.8m。

3、存在的問題及采取的措施

近年來，受小浪底樞紐工程控制下泄流量等因素影響，除調(diào)水調(diào)沙期間外，下游黃河水含沙量大為減少，年均含沙為2.19千克/立方米（2016年黃委公布數(shù)據(jù)）。項(xiàng)目區(qū)引黃灌溉主要集中在三四月份春灌時(shí)期，主要為冬小麥返青、生長(zhǎng)需要提供用水，此時(shí)段黃河水含沙量更小。但低壓管道輸水系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行后產(chǎn)生的淤塞問題，仍然是該項(xiàng)技術(shù)在渠灌區(qū)應(yīng)用所面臨的最大挑戰(zhàn)。要疏解這一棘手難題，可采取措施有：

1）清水沖淤

每次灌溉開始前，先用清水或抽取表層含沙較少的黃河水，沖刷管道內(nèi)的淤泥，以增大過水?dāng)嗝妫岣吖喔刃省?/p>

2）控制管道輸水流速

灌溉時(shí)，管道輸水流速按大于臨界不淤流速進(jìn)行輸水。

臨界不淤流速計(jì)算，可參考公式V=3.1351Sv0.2304w0.28[g/D·（ρs-ρ）/ ρ]0.25

以Φ125管為例計(jì)算，V=0.26 m/s。其中Sv為體積含沙量，取0.08%；w為泥沙沉降速度，取0.3062mm/s； g為重力加速度，取9.8 m/s2； D為管徑，取125mm；ρs為泥沙密度，取2.6 ×103kg/m3； ρ為水密度，取1.0×103kg/m3。

3）排凈管道內(nèi)余水

每次灌溉完成，可利用每個(gè)分干管末端設(shè)的放水口，將管道內(nèi)余水徹底排凈，以防止冬季凍脹和泥沙沉積淤塞管道。

4、總論

通過項(xiàng)目區(qū)實(shí)踐，在處理好管道內(nèi)泥沙淤積問題的前提下，低壓管道輸水灌溉技術(shù)在黃河下游渠等渠灌區(qū)應(yīng)用可行，具有良好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]渾水管道輸水灌溉的臨界不淤流速研究 水利學(xué)報(bào) 何武全 第44卷 第3期

[2]黃河下游引黃灌區(qū)管道輸水臨界不淤流速試驗(yàn) 姜金利 人民黃河 第36卷第8期

作者簡(jiǎn)介：陳海軍，男，1975年12月生，助理工程師，山東省利津縣水利局.