淺談低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

王華國(guó)

摘 要 針對(duì)小型農(nóng)田水利工程，在介紹低壓管道灌溉技術(shù)的作用和特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)其在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，以此確保低壓管道灌溉技術(shù)發(fā)揮出應(yīng)有的節(jié)水灌溉效果，為小型農(nóng)田水利工程的節(jié)水灌溉發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 小型農(nóng)田水利;低壓管道灌溉;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S274 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.23.095

小型農(nóng)田水利工程對(duì)節(jié)水灌溉要求越來(lái)越高，為實(shí)現(xiàn)預(yù)期的節(jié)水灌溉目標(biāo)，需要在工程中使用不同的節(jié)水灌溉技術(shù)。其中，低壓管道灌溉是一項(xiàng)合理可行且效果顯著的節(jié)水灌溉技術(shù)，可在小型農(nóng)田水利工程中大規(guī)模應(yīng)用。

1 低壓管道灌溉的作用與特點(diǎn)

低壓管道灌溉的管理方便，水資源實(shí)際利用率高，替代了傳統(tǒng)的明渠輸配水方式，在農(nóng)田水利灌溉工程中普遍應(yīng)用，適用于純井灌區(qū)，其具有以下6個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。1）節(jié)水。采用管道輸水的方式能減少水資源滲漏和蒸發(fā)，使水資源利用率達(dá)到0.95以上，較土渠輸水節(jié)水35%左右。2）節(jié)地。采用管道輸水，將管道埋在地下，無(wú)需占用地上面積，能節(jié)約耕地1%～2%。3）節(jié)能。由于管道輸水灌溉節(jié)省水量，縮短了灌水時(shí)間，相較于土渠輸水節(jié)省20%～30%的能源。4）省時(shí)省工。采用管道進(jìn)行輸水，不僅供水速度較快，而且供水及時(shí)，能縮短輪灌的時(shí)間，保證灌水效率。采用管道取代明渠系統(tǒng)以后，還能杜絕跑水與漏水，減少管理投入。5）良好地形適應(yīng)性。管道輸水灌溉為有壓供水方式，可良好適應(yīng)不同的地形條件，能使渠道無(wú)法到達(dá)的耕地實(shí)現(xiàn)灌溉，既減少工程量又增加灌溉面積。6）經(jīng)濟(jì)效益好。采用低壓管道灌溉，單位面積所需管道數(shù)量相對(duì)較少，一次性投資相對(duì)較少：對(duì)于可移動(dòng)軟管，其每公頃用量在75～90 m范圍內(nèi)，需要60～80元的投資;對(duì)于半固定形式的管道，其每公頃需要500～1 000元的投資。

在水源條件完全相同的情況下，因采用管道灌溉方式能增大灌溉面積，實(shí)現(xiàn)對(duì)田間灌水條件的有效改善，且對(duì)適時(shí)適量灌溉有利，所以能滿足作物正常生長(zhǎng)對(duì)水的要求，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收目標(biāo)，其中，一般年份可增產(chǎn)15%左右，干旱年份的增產(chǎn)增收效果在20%以上。

2 低壓管道布置

在灌溉管道系統(tǒng)中，管網(wǎng)分輸水管道與配水管道。輸水管道是指把水從水源輸送至配水管道中，以輸水為主的管道。配水管道是把輸水管道中的水按輪次要求適時(shí)適量分配輸送到田間進(jìn)行灌溉的管道。

管道布置應(yīng)充分考慮水源位置、地塊形狀和作物種植方向等，綜合確定具體布置方式。對(duì)于管道的級(jí)數(shù)，需要以灌溉面積及地塊條件為依據(jù)確定，具體如表1所示。

當(dāng)?shù)貕K的滲透性較強(qiáng)或不平整時(shí)，需在末級(jí)管道加設(shè)地面移動(dòng)軟管。軟管應(yīng)盡量短而平直，減少或避免折點(diǎn)及起伏的產(chǎn)生。對(duì)于兩級(jí)固定管道，其長(zhǎng)度應(yīng)控制在90～150 m·hm-2。支管的走向應(yīng)和作物種植行保持平行;支管的間隔距離應(yīng)控制在50～150 m，采用單向澆地方式時(shí)，應(yīng)取較小值，而采用雙向澆地方式時(shí)取較大值。

給水栓或出水口需要按照灌溉的面積均衡布置，間距控制在50～100 m，單口灌溉面積以0.25～0.60 hm2為宜，采用單向澆地方式時(shí)，應(yīng)取較小值，而采用雙向澆地方式時(shí)取較大值[1]。當(dāng)管內(nèi)壓力水頭≥6 m且管軸線轉(zhuǎn)角≥15°，或管內(nèi)壓力水頭≥3 m且管軸線轉(zhuǎn)角≥30°，或管軸線轉(zhuǎn)角≥45°時(shí)管路應(yīng)設(shè)置鎮(zhèn)墩。鎮(zhèn)墩應(yīng)設(shè)在堅(jiān)實(shí)的地基上，并按受力要求確定尺寸。

在出水口處應(yīng)設(shè)置防沖池，地面移動(dòng)管道出口，宜有防沖措施。防沖池宜就地取材，優(yōu)先采用預(yù)制混凝土構(gòu)件，防沖池池底應(yīng)至少低于地面15 cm。在管道軸線起伏段的高處和向下彎處，設(shè)置進(jìn)排氣設(shè)施;在管道軸線起伏段低處和管道系統(tǒng)的最低處，宜設(shè)置泄水閥和滲水井。在順坡管道節(jié)制閥下游側(cè)、逆坡管道節(jié)制閥上游側(cè)以及可能出現(xiàn)負(fù)壓的管段，應(yīng)設(shè)置負(fù)壓消除設(shè)施。管道宜埋于凍層以下，必要時(shí)可設(shè)伸縮節(jié)或柔性接頭。

輸水配管類型需要以地形地貌等基本情況和要求來(lái)確定，在選擇時(shí)要注意，盡可能減少管道配置總數(shù)，管道總長(zhǎng)要控制在允許的范圍之內(nèi)，并在能滿足要求的基礎(chǔ)上減小管徑。采用固定支管的過(guò)程中，應(yīng)沿順坡按照由下至上的順序進(jìn)行布置，以此減小管徑。

在利用低壓管道實(shí)施農(nóng)田灌溉時(shí)，必須充分考慮管徑尺寸，以收集到的所有相關(guān)資料為依據(jù)，對(duì)低壓管道進(jìn)行合理設(shè)置，以此保證設(shè)計(jì)可行性與合理性。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行管道系統(tǒng)建設(shè)，在實(shí)際施工過(guò)程中要做好和種植戶的溝通，制定有效策略，根據(jù)資料確定灌溉面積和灌溉制度[2]。

3 低壓管道技術(shù)應(yīng)用

3.1 工程設(shè)計(jì)

在低壓管道實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)加強(qiáng)過(guò)程管理，對(duì)和低壓管道灌溉有關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行深入論證。通常情況下，對(duì)工程設(shè)計(jì)有影響的因素主要包括以下5點(diǎn)。

3.1.1 管道布置

設(shè)計(jì)中應(yīng)將泵站布置在農(nóng)田中間，縮短干支管實(shí)際長(zhǎng)度，以減少損失，同時(shí)確保干支管實(shí)際控制面積相當(dāng)。如果需要在遠(yuǎn)處布置泵站，則應(yīng)對(duì)線路布置實(shí)施優(yōu)化，確保管道工作過(guò)程中壓力保持一致。

3.1.2 管徑選擇

在選擇管徑時(shí)，需要充分考慮灌水強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)流速，以計(jì)算確定的流量與壓力為依據(jù)進(jìn)行校核，參考水泵布置情況，復(fù)核管道出水口實(shí)際壓力與流量，用于滿足實(shí)際的使用要求[3]。

3.1.3 工程關(guān)鍵點(diǎn)

低壓管道灌溉實(shí)際上是使用低壓管道代替明渠進(jìn)行灌溉，采用一定壓力，把灌溉水及時(shí)輸送至農(nóng)田的灌溉方式。管道系統(tǒng)實(shí)際壓力通常在0.4 MPa以下，所以被稱作低壓管道系統(tǒng)。在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意以下4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：1）正確計(jì)算系統(tǒng)的水力;2）制定合理可行的灌溉制度;3）合理布置管網(wǎng)及出水口;4）嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)工作規(guī)程。

3.1.4 管網(wǎng)布局

在低壓管道系統(tǒng)中，管網(wǎng)布局有很多不同的形式，具體要根據(jù)灌區(qū)田塊形狀來(lái)確定。通常情況下，支管的長(zhǎng)度應(yīng)控制在200 m以內(nèi)，排水溝和管道應(yīng)采用相間布置的方式，如果道路的兩側(cè)均對(duì)灌溉提出要求，則不建議進(jìn)行雙側(cè)布置，否則必然增加投資。

現(xiàn)階段很多灌區(qū)都進(jìn)行相間布置，格田尺寸為長(zhǎng)邊60～120 m、短邊25～40 m，一般在短邊方向上設(shè)置放水口，如果在長(zhǎng)邊方向上設(shè)置放水口，則需要連續(xù)布置很多個(gè)。通過(guò)調(diào)查，為了和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械實(shí)現(xiàn)良好匹配，條田的長(zhǎng)度應(yīng)控制在200 m以內(nèi)。遵循該要求進(jìn)行布置對(duì)支管的實(shí)際布置十分有利，若支管的長(zhǎng)度很大，則其管徑也會(huì)相應(yīng)增加。在布置低壓管道過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)技術(shù)規(guī)范，如果系統(tǒng)中支管的長(zhǎng)度很大，而且放水口的數(shù)量又很多，則要使放水口實(shí)際壓力滿足均勻性要求。以灌區(qū)的面積大小和水源位置為依據(jù)，可采用一字形、T字形、L字形、工字形、豐字形、梳齒形與魚骨形等管網(wǎng)布置形式。另外，對(duì)于管道的實(shí)際長(zhǎng)度和數(shù)量，還應(yīng)伴隨灌區(qū)面積變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。在確定了管道的布置方式、管徑大小與水泵類型后，需要對(duì)不同情況下的流量及工作壓力進(jìn)行計(jì)算，以此確定管道的實(shí)際工作壓力與出水口灌水是否保持均勻，最終檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果是否合理。

3.1.5 實(shí)際應(yīng)用

針對(duì)現(xiàn)階段低壓管道存在的出水流量較小和一次灌溉時(shí)間較長(zhǎng)的實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)，避免單一品種作物種植加大灌水強(qiáng)度。在制定灌溉制度過(guò)程中，需要充分考慮當(dāng)?shù)氐拿袂椤⒐で楹退?，?shí)現(xiàn)在滿足用水基本要求的前提下，使用水達(dá)到均衡，防止用水產(chǎn)生矛盾。

3.2 運(yùn)行管理與養(yǎng)護(hù)

3.2.1 嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工作制度

低壓管道灌溉時(shí)，使用不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)工作不穩(wěn)定等問(wèn)題，產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因除了用戶對(duì)系統(tǒng)認(rèn)知能力不夠、管理水平低等外，還和灌溉時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)制度有關(guān)。因此，為了使節(jié)水灌溉得以順利運(yùn)行，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)管理制度，保證管道系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率[4]。

3.2.2 督促用戶積極參與管理

在工程建設(shè)完成后，應(yīng)及時(shí)辦理交接手續(xù)，嚴(yán)格落實(shí)管理和養(yǎng)護(hù)主體，明確相關(guān)管理人員，制定完善的崗位責(zé)任制與檢查制，確保工程效益得以充分發(fā)揮。在實(shí)際工作中還要成立用戶協(xié)會(huì)，督促用戶參與實(shí)際的管理工作，以此提高實(shí)際的管理水平，保證最終的管理效果。

3.2.3 相關(guān)人才培訓(xùn)

建立可靠的科技保障及人才培養(yǎng)體系，加強(qiáng)對(duì)全體基層人員的教育和培訓(xùn)，以適應(yīng)新灌溉技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展需要。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，低壓管道灌溉是一項(xiàng)具有較強(qiáng)實(shí)用性且經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)水灌溉技術(shù)，目前已經(jīng)在農(nóng)田水利工程中得到廣泛應(yīng)用，在實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，要切實(shí)做好工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理及養(yǎng)護(hù)，以此確保低壓管道灌溉發(fā)揮出理想的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉杰.低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2020，39（8）：213-214，155.

[2] 中華人民共和國(guó)水利部.SL/T 153-95 低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，1995.

[3] 全慶明.低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程的應(yīng)用與分析[J].建筑知識(shí)，2017，37（3）：103-104.

[4] 劉文華.低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用[J].農(nóng)技服務(wù)，2017，34（1）：160-161.

（責(zé)任編輯：趙中正）