低壓管道輸水灌溉技術(shù)在節(jié)水灌溉改造中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬 辰

（新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830001）

1 低壓管道輸水灌溉技術(shù)概述

低壓管道輸水灌溉技術(shù)又被稱為“管灌”，是一種以管代渠的農(nóng)田灌溉形式?！暗蛪骸笔侵柑镩g最末級(jí)管道出水口的工作壓力明顯低于微灌噴水口或噴灌的工作壓力，通常小于3.0 kPa。就管道灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作壓力來說，丘陵地區(qū)要求≤0.2 MPa，平原地區(qū)≤0.1 MPa[1]。與傳統(tǒng)的輸水灌溉方式相比，這種輸水灌溉技術(shù)能有效減少輸水過程中的滲漏、蒸發(fā)，達(dá)到節(jié)水目的。同時(shí)，管網(wǎng)系統(tǒng)主要埋在地下，能有效提高土地利用率?？偟膩碚f，這項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)有節(jié)水、省地、省工等優(yōu)點(diǎn)。

2 低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)組成部分

2.1 水源與取水工程 管道輸水灌溉系統(tǒng)的水源必須符合相關(guān)規(guī)定，不能含有過多的雜物，如泥沙、雜草等。對(duì)于井灌區(qū)的取水工程，需綜合考慮用水量、揚(yáng)程大小等多方因素，才能配備水泵的配套設(shè)施，包括壓力表、水表、動(dòng)力機(jī)等。

2.2 輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng) 主要包括管道輸水灌溉系統(tǒng)中的各種管道、分水設(shè)施、相關(guān)保護(hù)裝置及其他附屬設(shè)施。

2.3 田間灌水系統(tǒng) 這是指出水口以下的田間部分，但仍將其歸為地面灌水系統(tǒng)。為確保灌水均勻，并最大限度地減少灌水定額，通?？山柚孛婀?jié)水灌溉技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

3 低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

按照管道的可移動(dòng)程度，低壓管道包括3種，即固定式、半固定式、移動(dòng)式[2]。

3.1 管道布置原則 管網(wǎng)布置屬于低壓管道灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心環(huán)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)成本中70%以上都是用于管道系統(tǒng)建設(shè)。根據(jù)下列原則來布置管網(wǎng)：在布置井灌區(qū)的管網(wǎng)時(shí)，盡量將單井作為一個(gè)完整系統(tǒng)，首先確定好給水栓的位置，再盡可能將所有管道進(jìn)行垂直分布，以盡量節(jié)省管線；借助地形落差來達(dá)到自流輸水的目的；最末一級(jí)固定管道的走向必須參考作物種植方向，二者方向一致。同時(shí)，管線分布要平順，盡量避免起伏折點(diǎn)，從而便于農(nóng)田管理。

3.2 管材的選取 通過經(jīng)濟(jì)流速法來選取合適的管材，流速與管徑大小均需結(jié)合具體的管材而定。管材價(jià)格、使用壽命、系統(tǒng)的施工成本及動(dòng)力價(jià)格等是影響經(jīng)濟(jì)流速的常見因素。如果管材價(jià)格偏高，動(dòng)力價(jià)格偏低，則應(yīng)選取較大的經(jīng)濟(jì)流速值；反之，應(yīng)選小值。管道直徑計(jì)算公式為待計(jì)算出管道直徑大小后再挑選相鄰內(nèi)徑的商品管道。其中，d是指管道直徑（mm），Q表示管段的設(shè)計(jì)流量（m3/h），v表示管內(nèi)水流流速（m/s）。

3.3 計(jì)算管道壓力與水泵的選配

3.3.1 沿程水頭損失 這是指水流在一定長(zhǎng)度的順直管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的壓力水頭損失。計(jì)算公式為h沿=f×（Qm/dn）×L，其中h沿是指沿程阻力損失（m），L表示對(duì)應(yīng)管道的實(shí)際長(zhǎng)度（m），dn表示管道內(nèi)徑大?。╩m），Qm表示管道流量（m3/h），m表示流量指數(shù)，n是指管徑指數(shù)。

3.3.2 局部水頭損失 定義是指水流在管道中流動(dòng)過程中經(jīng)過不同管道（三通、彎管、閘門、變徑管）所產(chǎn)生的壓力水頭損失。計(jì)算公式為h局=εv2/2g，其中h局表示局部水頭損失（m）；v表示管道平均流速（m/s）；g代表重力加速度，大小為9.81 m/s2；ε表示局部水頭損失系數(shù)。管道中所有彎頭、三通、閘門等水頭損失的總和就是管道的總局部水頭損失，在工程實(shí)踐中通常做法是取管道沿程水頭損失的10%～15%[3]。

3.3.3 首部壓力水頭損失 要計(jì)算低壓管灌首部樞紐需要的壓力水頭值時(shí)，通常先選取典型推算點(diǎn)，即系統(tǒng)中最難灌到的點(diǎn)。隨后將管路水頭損失相加再往上推算就可，計(jì)算公式為H首=H灌+h沿+h局+Δ。其中，H首表示管道首部需提供的供水水頭（m），h沿表示沿程的局部水頭損失（m），h局表示局部水頭損失（m），H灌表示灌水給水口的工作水頭（m），Δ是指典型點(diǎn)高程與樞紐洪水點(diǎn)高差（m）。

3.3.4 水泵選配 對(duì)于抽水機(jī)或機(jī)井來說，水泵揚(yáng)程可根據(jù)下列公式計(jì)算：H泵=H首+H井+H泵損。其中，H首表示管道灌溉首部樞紐需要的工作水頭（m），H井代表抽水站水源的水位或機(jī)井動(dòng)水位（m），H泵損表示水泵的沿程與局部水頭損失的總和（m），H泵表示水泵所需的揚(yáng)程（m）。

4 結(jié)語

低壓管道輸水灌溉技術(shù)具有節(jié)水、省地、省工等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，也能滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效節(jié)水、增產(chǎn)的戰(zhàn)略需要。因此，要加大力度推廣這項(xiàng)技術(shù)，盡快完善管網(wǎng)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)施，并抓好日常的養(yǎng)護(hù)與維修，充分發(fā)揮低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)的作用。

[1]羅江鋒.灌區(qū)低壓管道灌溉技術(shù)的應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2014（17）：33.

[2]張信和.低壓管道輸水灌溉技術(shù)[J].價(jià)值工程，2014（26）：79-80.

[3]王華亮.河北省農(nóng)業(yè)灌溉工程節(jié)水技術(shù)效益分析與計(jì)算[J].南水北調(diào)水利科技，2010（2）：15.