農(nóng)田水利工程中長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)探討

陳萍

摘要：輸水管道具有節(jié)能、節(jié)力、節(jié)地、省時(shí)、輸水快和節(jié)水等眾多優(yōu)點(diǎn)?？墒菑脑O(shè)計(jì)長(zhǎng)距離的輸水管道角度來(lái)看，一定要根據(jù)實(shí)際地形特點(diǎn)對(duì)水利進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，才能將輸水管道自身的優(yōu)點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)。文章以某工程為例，進(jìn)一步探究了農(nóng)田水利工程中如何對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道進(jìn)行設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)田水利工程；長(zhǎng)距離輸水管道；設(shè)計(jì)探究

應(yīng)用管道進(jìn)行輸水灌溉屬于主要的農(nóng)業(yè)灌溉方式，因?yàn)楣艿垒斔坏軌蛴行p少蒸發(fā)損失，還能夠降低滲透量，進(jìn)而使水的實(shí)際利用效率得到大幅度提升。輸水管道灌溉具有極強(qiáng)的適用性，可以被應(yīng)用在眾多農(nóng)業(yè)灌溉之中，可是針對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉而言，因?yàn)槭艿降匦蔚缺姸嘁蛩氐挠绊?，必須?duì)長(zhǎng)距離的輸水管道的實(shí)際應(yīng)用所需要面臨的問(wèn)題進(jìn)行考慮和分析。筆者根據(jù)實(shí)際工程案列對(duì)農(nóng)田水利工程中輸水管道的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探究，具體探究結(jié)果如下。

一、工程介紹

此灌溉工程處于我市某鎮(zhèn)區(qū)中，灌溉區(qū)域是半丘陵半平川的山區(qū)，實(shí)際海拔約為950米到1000米，是較為典型的半干旱與干旱氣候。灌溉區(qū)域內(nèi)的耕作層土壤主要是砂壤土以及壤土，壤土的實(shí)際容重是每立方厘米1.50克，田間持水率最大為27%。按照灌溉區(qū)域所具有的特點(diǎn)來(lái)看，此工程當(dāng)中應(yīng)該新打4眼機(jī)電井，新建4座井房，按照周?chē)r(nóng)灌井的相關(guān)測(cè)試資料顯示，單井的實(shí)際出水量每小時(shí)大約為100立方米至160立方米。動(dòng)水位在50米至55米間，井深是60米至68米，水質(zhì)與灌溉要求相符合。通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)卦囼?yàn)灌溉站的相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料分析，明確平均灌水定額應(yīng)該是42立方米。安裝4臺(tái)30千伏安的變壓器，埋設(shè)6045米的管路，架設(shè)1.4米的低壓線路，灌溉面積約1150畝[1]。

布置管路應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，應(yīng)用單井獨(dú)立這種運(yùn)行方式對(duì)管路進(jìn)行布置，管路應(yīng)該盡可能的靠近道路邊和林帶邊，這樣既能節(jié)約大量的耕地，還能夠方便進(jìn)行維修。管道應(yīng)該采用樹(shù)枝狀管網(wǎng)形式進(jìn)行布置，干支的兩級(jí)應(yīng)該固定管路，毛渠需要臨時(shí)修建土渠，單井構(gòu)成干支毛灌溉系統(tǒng)。按照實(shí)際情況，出水口間距應(yīng)該是100米，支管間距也是100米。除此之外，因?yàn)榇说貕K主要以砂壤土為主，滲漏量非常大，單口實(shí)際出水量一定不能太小，因此，一個(gè)輪灌組應(yīng)該具有2個(gè)出水口，每個(gè)井的具體出水量應(yīng)該設(shè)計(jì)為每小時(shí)125立方米，一個(gè)輪灌組中的出水口一定要分布在兩條以上的支管上。

二、對(duì)水利進(jìn)行計(jì)算

此管道工程的水力學(xué)計(jì)算內(nèi)容具體如下：水頭損失、管道的過(guò)流能力、分析水錘影響、管道壓力線。

（一）對(duì)流量計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)

計(jì)算公式：Q=Fm/Ttη此計(jì)算公式當(dāng)中，Q代表單井的實(shí)際出水量（m3/h）；F代表單井的具體灌溉面積（畝）；T代表9天是一輪灌周期；t代表一天開(kāi)機(jī)的時(shí)間約12小時(shí)到16小時(shí)；m代表平均的灌水定額（m3）；η代表灌溉的有效利用率η=η管·η毛·η田。

按照已經(jīng)成功的管灌工程的相關(guān)測(cè)試，η管=0.95，此灌溉區(qū)域內(nèi)主要就是砂壤土，根據(jù)分析可知η毛=0.9η田=0.77。計(jì)算成果見(jiàn)表1.

（二）水頭的實(shí)際損失

1、沿程水頭的實(shí)際損失

計(jì)算公式：hf沿=λLQM/dn此式中，hf沿代表沿程水頭的實(shí)際損失（m）；L代表管路的具體長(zhǎng)度（m）；d代表管道的內(nèi)徑長(zhǎng)（m）；λ代表摩阻系數(shù)、m代表流量指數(shù)、n代表管徑指數(shù)。

λ=0.948×105m=1.77n=4.77根據(jù)上述公式來(lái)對(duì)管網(wǎng)之中的不利管線進(jìn)行確定，計(jì)算出沿程水頭的實(shí)際損失，然后累加作為總損失。

2、局部水頭的實(shí)際損失

將10%的沿程水頭損失當(dāng)做局部水頭的損失，也就是hf局=0.1hf沿。

（三）管道的壓力線

農(nóng)田水利工程中長(zhǎng)距離輸水管道需要通過(guò)地段地形非常復(fù)雜的區(qū)域，并且總水頭損失也非常大，確保運(yùn)行過(guò)程中有壓管道所有的點(diǎn)都不會(huì)有負(fù)壓出現(xiàn)。如果管道內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，那么管中的水流就會(huì)釋放出氣體，致使管道積氣運(yùn)行，既影響管道的運(yùn)行效果，又會(huì)使管道供水能力無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。管道一旦出現(xiàn)負(fù)壓，就會(huì)使管道的壓力線在管頂線之下。計(jì)算過(guò)程中的壓強(qiáng)水頭、測(cè)壓管水頭、位置水頭的數(shù)值都基于計(jì)算的實(shí)際基準(zhǔn)面。計(jì)算基準(zhǔn)面的公式早已被布置在壓力管道之中，最后計(jì)算結(jié)果既能夠確保管道所有斷面處的具體壓力線比此處管頂高，還能夠保證此高度與規(guī)定要求相符合，進(jìn)而確保管道在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中能夠適應(yīng)壓力的變化。

三、對(duì)配套管件和附屬建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)

因?yàn)榇斯喔葏^(qū)域的地形坡差約為30%到40%，坡差非常的大，因此長(zhǎng)距離的輸水管道一直面臨著靜水壓力這個(gè)問(wèn)題，所以，人們通常應(yīng)用設(shè)置消能池以及安裝減壓閥的方式來(lái)解決此問(wèn)題。在每一個(gè)眼井管路的首段安裝一個(gè)能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的安全閥，以有效預(yù)防給水栓在出水時(shí)，破壞給水栓或沖刷毛渠，每一個(gè)給水栓處都應(yīng)該構(gòu)建一個(gè)消能池，壁厚應(yīng)該為10厘米，高度應(yīng)該為62厘米、內(nèi)徑應(yīng)該為80厘米，出水口應(yīng)該為30*30厘米，底板應(yīng)該使用C20的混凝土進(jìn)行固定安裝。

此外，此工程一共設(shè)計(jì)了33個(gè)給水栓，所有給水栓都是螺桿式的，水栓體和豎管間主要應(yīng)用承插進(jìn)行連接，應(yīng)用鐵絲來(lái)包箍，使用膠圈來(lái)止水。通常管道溝的深度應(yīng)該設(shè)置在1.9米，底寬應(yīng)該為0.6米。開(kāi)挖的過(guò)程中毛渠應(yīng)該按照實(shí)際地形情況以及設(shè)計(jì)流量進(jìn)行修筑，以使修筑的毛渠達(dá)到不淤和不沖等要求。在水泵與管道的連接處設(shè)置壓力表、逆止閥、安全閥和閘閥，井房?jī)?nèi)管路應(yīng)該和地下的輸水管直接相連。

結(jié)語(yǔ)：

總之，應(yīng)用輸水管道進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，具有眾多的優(yōu)點(diǎn)。因此在對(duì)長(zhǎng)距離的輸水管道進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要對(duì)灌溉區(qū)域的地形進(jìn)行分析，特別是水錘的影響以及管道壓力，以計(jì)算出精準(zhǔn)的水力，為廣大農(nóng)民的農(nóng)田灌溉服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉建紅，郭東茹，齊向南等.寒冷地區(qū)供水工程長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)和施工[J].給水排水，2013，39（5）：98-101.