東平縣自壓管道節(jié)水灌溉工程模式探討

楊周偉，張峰，李萍

（1.東平縣水利建筑安裝公司，山東東平271500；2.沂水縣水利局，山東沂水276400；3.東明縣水務(wù)局，山東東明274500）

東平縣自壓管道節(jié)水灌溉工程模式探討

楊周偉1，張峰2，李萍3

（1.東平縣水利建筑安裝公司，山東東平271500；2.沂水縣水利局，山東沂水276400；3.東明縣水務(wù)局，山東東明274500）

針對東平縣灌區(qū)水利工程現(xiàn)狀，總結(jié)了灌區(qū)灌溉中存在的問題，提出了自壓管道節(jié)水灌溉的工程模式，并分析了該模式特點(diǎn)及規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)行管護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)，通過2010—2016年小農(nóng)水重點(diǎn)縣項(xiàng)目的工程應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了省地、省水、節(jié)能、增產(chǎn)的目的。

東平縣；節(jié)水灌溉；自壓；管道灌溉；工程模式

東平縣現(xiàn)有中小型灌區(qū)51處，有效灌溉面積4萬hm2，其中設(shè)計流量1.0 m3/s以上渠道646.4 km，設(shè)計流量1.0 m3/s以下渠道969.5 km，渠道配套建筑物3 574座。由于中、小型灌區(qū)多建于上世紀(jì)60年代，灌區(qū)渠道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、防滲率低，渠系配套不完善、覆蓋率低。渠系年久失修，坍塌、老化、淤積等現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致灌溉水利用率低，水資源得不到充分利用，有效灌溉面積逐年下降。在用水高峰時，灌區(qū)上游用水下游旱的現(xiàn)象年年存在，水事糾紛經(jīng)常發(fā)生，灌溉供水很不安全。

自2010—2016年小農(nóng)水重點(diǎn)縣項(xiàng)目實(shí)施以來，東平縣開展了渠道輸水管道化，充分利用地形自然落差，大力推廣自壓管道節(jié)水灌溉工程模式，真正實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的節(jié)水灌溉。

1　自壓管道節(jié)水灌溉模式及特點(diǎn)

自壓管道輸水灌溉工程一般適用于山地丘陵等地形起伏較大的灌區(qū)。管道輸水較渠道輸水多采用地埋方式，減少耕地占用；減少了輸水過程中的滲漏與蒸發(fā)損失，提高了輸水效率；縮短灌溉周期，改善田間灌溉條件，能夠及時有效地滿足作物生長期需水要求。

自壓管道節(jié)水灌溉系統(tǒng)包括水源、首部樞紐（攔污柵、閘門、量水設(shè)備、輸水渠或管、沉沙池和減壓池等）、輸水管網(wǎng)系統(tǒng)、田間灌溉系統(tǒng)。它的基本特點(diǎn)：①控制灌溉面積大，供水流量大；②地面坡降大，自壓水頭變化大；③地形復(fù)雜，管網(wǎng)規(guī)劃布局難度大。

1.1田間灌溉形式的選擇

自壓管道灌溉遵循高水高用、低水低用的原則，突出特點(diǎn)就是充分利用自然高差，形成壓力管道系統(tǒng)，不需要消耗能量就可與溝（畦）灌、噴、滴灌等田間節(jié)水灌溉設(shè)施相配套。對于水源與農(nóng)田高差小于15 m的區(qū)域多采用溝（畦）灌溉模式，灌溉的作物主要是大田糧食和果樹、蔬菜、花卉、苗圃等經(jīng)濟(jì)作物；對于丘陵及山區(qū)，隨著地塊高程降低，水頭壓力升高，依次可采用自壓滴灌、自壓微噴、自壓噴灌等節(jié)水灌溉措施。落差大于30 m的區(qū)域可考慮自壓噴灌工程，噴灌作物主要為大田作物和露地蔬菜、苗圃等經(jīng)濟(jì)作物；落差在15～20 m的區(qū)域可采用自壓滴灌工程，滴灌的作物主要是果樹及露地蔬菜、花卉、苗圃等經(jīng)濟(jì)作物，也可考慮用于大田滴灌；落差在20～30 m之間的區(qū)域可采取自壓微噴，微噴灌的作物主要是果樹、蔬菜、花卉、苗圃等經(jīng)濟(jì)作物。

1.2管網(wǎng)規(guī)劃布局

山地丘陵區(qū)自壓管道節(jié)水灌溉工程管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃布置不同于平原灌區(qū)，具有其特殊性。對于山地丘陵灌區(qū)，要充分利用地形高差，力求管道總長度短、管線平直，減少折點(diǎn)和起伏。干管應(yīng)垂直等高線布置，保證支管供水壓力；支管平行等高線布置，保證各出水口壓力的一致性和穩(wěn)定性。管道間距根據(jù)地形、地塊確定，距離不等。由于山丘區(qū)地形起伏較大，地塊大多不平整，一般出水口只向一個方向灌水，田間出水口間距50 m左右。

1.3管網(wǎng)水力計算

設(shè)計流量是初選管徑的依據(jù)，其值為灌水高峰期所需流量。灌溉系統(tǒng)設(shè)計流量與灌區(qū)內(nèi)作物組成、種植比例、灌水定額、灌溉水利用系數(shù)、作物田間最大日耗水量、日灌水時數(shù)等參數(shù)有關(guān)，這些資料有的可根據(jù)當(dāng)?shù)毓喔仍囼?yàn)資料確定，有的根據(jù)灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃情況來確定，但必須滿足節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范要求。一般干、分干管采用續(xù)灌，支管采用輪灌，一個出水口設(shè)計流量在30 m3/h左右，每條支管最多同時開啟兩個出水口。

自壓管道輸水灌溉系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計流量、管網(wǎng)入口壓力，選擇適宜的流速計算確定管徑，管道沿程和局部水損按規(guī)范要求計算，然后計算各節(jié)點(diǎn)壓力，并在實(shí)測的縱斷面上繪制管道中心線及工作壓力線，實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)壓力的校核。

1.4附屬構(gòu)筑物設(shè)計

丘陵區(qū)自壓管道輸水灌溉設(shè)計中，進(jìn)水池、調(diào)壓池水位的確定是設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。如水位或位置高程定得過低，則不能滿足較高田塊灌溉水壓的要求；確定得過高，則增加了管道的工作壓力和工程投資，還給運(yùn)行管理帶來不便，降低了系統(tǒng)的安全可靠性。通常采用的方法是從灌區(qū)內(nèi)距進(jìn)水池或調(diào)壓池較遠(yuǎn)，地面較高的田塊開始，由末級管道向取水口逐級推算。

丘陵區(qū)自壓管道節(jié)水灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)是管網(wǎng)壓力分布復(fù)雜，具有不均勻性和不穩(wěn)定性。當(dāng)管道的壓力超過管材的承壓能力時，為保證管網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，規(guī)劃設(shè)計時要通過改變管徑、設(shè)節(jié)制閘、調(diào)壓池或調(diào)整管道坡降等措施來消除部分壓力，使管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力均衡，保證灌溉系統(tǒng)出水量均勻。

因泥沙淤積及進(jìn)水口水流摻氣等問題的存在，進(jìn)水口需設(shè)沉沙池；管道系統(tǒng)中需設(shè)排泥閥、排氣閥等防護(hù)裝置；由于單個出水口流量大，在水壓和流速不穩(wěn)定的出水口處應(yīng)設(shè)防沖措施。

2　運(yùn)行管理

自壓管道節(jié)水灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行管護(hù)非常關(guān)鍵。灌溉前，將計劃灌溉的輪灌組的閘門、出水口等打開，然后緩慢打開干管進(jìn)水閘；灌溉結(jié)束后，先將干管進(jìn)水閘關(guān)閉，打開泄水閥將管道內(nèi)存水放空后關(guān)閉出水口。灌溉過程中嚴(yán)禁突然關(guān)閉干管閘門，防止管內(nèi)的靜水壓力超過管道運(yùn)行壓力而產(chǎn)生破壞。

管道的壓力通常受靜水壓力控制，防止產(chǎn)生水擊壓力對于自壓管灌系統(tǒng)是非常重要的，其操作注意事項(xiàng)：操作運(yùn)行時緩慢啟閉閥門，延長閥門啟閉時間，從而避免產(chǎn)生直接水擊，并可降低間接水擊壓力；由于水擊壓力與管內(nèi)流速成正比，因此在設(shè)計中應(yīng)控制管內(nèi)流速不超過最大流速限制范圍；由于水擊壓力與管道長度成正比，因此在設(shè)計中可隔一定距離設(shè)置具有自由水面的調(diào)壓井或安裝安全閥和進(jìn)排氣閥，以縮短管道長度，消減水擊壓力。

3　應(yīng)用效果及推廣前景

山丘區(qū)自壓管道節(jié)水灌溉充分利用地形落差，降低了運(yùn)行管理成本；經(jīng)初步測算管道灌溉水利用系數(shù)0.9，田間水利用系數(shù)0.9，灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.8，大大節(jié)省有限的水資源。自壓管道節(jié)水灌溉真正實(shí)現(xiàn)輸水快、省地、省水、節(jié)能、增產(chǎn)等目標(biāo)。

山丘灌區(qū)發(fā)展自壓管道節(jié)水灌溉模式是建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)、節(jié)約型社會的重要技術(shù)措施之一，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。東平縣現(xiàn)有渠道灌溉面積2.4萬hm2，如果全面實(shí)施自壓管道節(jié)水灌溉技術(shù)，不僅能有效緩解區(qū)域水資源供需矛盾，灌溉保證率進(jìn)一步提高，而且促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化，增加高效作物種植面積，為灌區(qū)向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)發(fā)展提供可靠保障。

［1］鄭淑榮等，陽武河灌區(qū)自壓管道輸水灌溉工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)［J］.山西水利科技，2002，05.

［2］郎新珠，高佩玲，劉現(xiàn)偉.山東省節(jié)水灌溉動態(tài)變化研究［J］.節(jié)水灌溉，2010，01：61－63.

（責(zé)任編輯遲明春）

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1009-6159（2016）-09-0020-02

2016-05-20

楊周偉（1971—），男，工程師