低壓管灌在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用研究

近年來，傳統(tǒng)的粗放的渠灌制度已逐漸不再適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需要，發(fā)展高效、節(jié)水灌溉方式是今后農(nóng)田灌溉的趨勢。低壓管道輸水灌溉是利用管道將水直接送到田間進(jìn)行灌溉的一項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)，具有節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、易管理、省工省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。在農(nóng)田水利灌溉中一經(jīng)推廣就得到了廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合銅山區(qū)新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃項(xiàng)目探討低壓管灌在農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用。

一、項(xiàng)目概況

銅山區(qū)新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃項(xiàng)目中某片區(qū)位于竇家村的西北側(cè)，溫南中溝南側(cè)，灌溉面積500畝。工程所在地區(qū)地勢平坦，種植作物以稻、麥輪作為主。灌溉水源為溫南中溝，設(shè)變頻恒壓泵站從河道取水向南北兩側(cè)的農(nóng)田灌溉。

根據(jù)該地區(qū)自然經(jīng)濟(jì)條件及《節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》《低壓管道輸水灌溉規(guī)范》，取灌溉設(shè)計(jì)保證率為80%。經(jīng)調(diào)查分析確定灌溉水利用系數(shù)取0.82。該項(xiàng)目區(qū)為小型機(jī)電灌區(qū)，稻、麥兩熟種植區(qū)用水最不利時(shí)間為水稻泡田期，灌水率計(jì)算以滿足水稻泡田要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃竟喔冉?jīng)驗(yàn)，在調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，水稻泡田定額取85m3/畝。

二、管網(wǎng)布置及灌溉制度確定

管網(wǎng)的布置形式根據(jù)水源位置、控制范圍、田塊形狀等條件，選擇樹枝狀管網(wǎng)形式。竇家村某片區(qū)位于溫南中溝南側(cè)，管網(wǎng)由干管、支管、出地管和出水口等組成。干、支管和出地管均埋于地下0.7m，支管沿道路一側(cè)進(jìn)行布置，出水口每間隔30m布置一個(gè)，出地管連接干、支管。輸水干管根據(jù)地形條件布置，支管垂直于作物種植方向。出水口工作壓力水頭為3.0m。管道在各支管進(jìn)口處均設(shè)閥門井，低壓管灌在出水口處設(shè)出水口保護(hù)筒，用于保護(hù)出水口，防止意外破壞，同時(shí)還可防止水流對農(nóng)田的沖刷。

根據(jù)田塊及出水口的分布情況，同時(shí)考慮管理方便和可能出現(xiàn)的集中供水，采用主干管續(xù)灌，支管分組輪灌的灌溉方式。該項(xiàng)目采用兩個(gè)輪灌組。

三、管徑及管道水力計(jì)算

1.灌水率計(jì)算

灌水率采用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：q—灌水率（m3/s）/萬畝；m—灌水定額（m3/畝），取泡田定額；T—灌水周期（d），取5d；t—每天灌水時(shí)間（h），取20h。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算灌水率：

q=2.36（m3/s）/萬畝。

2.輸水管網(wǎng)流量

（1）灌溉設(shè)計(jì)流量

灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量按照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q總—灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h；q—灌水率，（m3/s）/萬畝；A—灌溉面積，畝；η—灌溉水利用系數(shù)，取0.82。

計(jì)算得灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量為518.3m3/h。

（2）各級管道設(shè)計(jì)流量

根據(jù)輪灌組劃分情況，確定各級管道同時(shí)工作的出水口數(shù)量，由此確定管道的設(shè)計(jì)流量。各級管道的設(shè)計(jì)流量采用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q總—灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h；Q—某級管道的設(shè)計(jì)流量，m3/h；n—該級管道控制范圍內(nèi)同時(shí)開啟的出水口個(gè)數(shù)；N—每個(gè)輪灌組同時(shí)開啟的出水口總數(shù)。

經(jīng)計(jì)算在最不利情況下，干管設(shè)計(jì)流量為518.3m3/h，支管最大設(shè)計(jì)流量為189.6m3/h。

3.管徑計(jì)算

結(jié)合塑料管具有造價(jià)較低，糙率小、機(jī)械性能好，連接方便；重量輕、運(yùn)輸安裝方便，抗腐能力強(qiáng)，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)中采用被廣泛應(yīng)用的PVC-U管作為輸水管道。

各級管道管徑采用下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：D—管道管徑，m；Q—某級管道的設(shè)計(jì)流量，m3/h；v—經(jīng)濟(jì)流速，一般為1.0～1.5m/s。

結(jié)合干、支管設(shè)計(jì)流量和經(jīng)濟(jì)流速，計(jì)算干、支管管徑分別為400mm和250mm。

4.管道水頭損失計(jì)算

管道水頭損失有沿程水頭損失和局部水頭損失，結(jié)合設(shè)計(jì)流量和管道管徑，根據(jù)下式計(jì)算管道水頭損失：

式中：h—管道沿程和局部水頭損失之和，m；Q—管道設(shè)計(jì)流量，m3/h；L—毛管長度，m；f、m、b—分別為管材的摩阻系數(shù)、流量指數(shù)和管徑指數(shù)；對于PVC-U管，f =94800、m=1.77、b=4.77；D—管道內(nèi)徑，mm；k—局部水頭損失系數(shù)，干、支管k=1.1。

經(jīng)計(jì)算，在最不利情況下，管網(wǎng)水頭損失共計(jì)3.94m。

總干管入口壓力按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：H總—總干管入口壓力，m；Z0—管道進(jìn)口高程，m；△Zi—參考點(diǎn)i處給水栓出口中心線與地面的高差，取0.5m；Zi—參考點(diǎn)i的地面高程，m；在平原地區(qū)，參考點(diǎn)i為距水源最遠(yuǎn)的給水栓；Σhi—管道系統(tǒng)進(jìn)口至參考點(diǎn)i給水栓的管路水頭損失之和，m；h0—給水栓工作水頭，m，取3.0m。

經(jīng)計(jì)算，在最不利情況下，總干管入口壓力為8.10m。

四、水泵選型及動力配套

水泵進(jìn)出水管長度按照20m計(jì)算，管徑為200mm，同時(shí)考慮帶濾網(wǎng)底閥、彎頭、閘閥、緩閉止回閥及電磁流量計(jì)等局部損失，加上干管入口處壓力，計(jì)算設(shè)計(jì)工況下的水泵揚(yáng)程為12.4m。

根據(jù)設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)揚(yáng)程，查水泵廠家提供單級離心泵性能參數(shù)表選用2臺ISGB200-20A 型立式單級離心泵。電機(jī)配套功率為15kW，額定轉(zhuǎn)速為1450r/min。

五、結(jié)語

低壓管道輸水灌溉是目前農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的一項(xiàng)重要技術(shù)，在小型農(nóng)田水利工程中有較廣泛應(yīng)用。通過采用低壓管灌等節(jié)水灌溉方式逐漸取代傳統(tǒng)灌溉方式是適應(yīng)節(jié)水型社會的必然趨勢。未來應(yīng)在實(shí)際工程中總結(jié)分析經(jīng)驗(yàn)和不足，為發(fā)展節(jié)水型社會與基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)