水利灌溉工程中低壓管灌的應(yīng)用

吳紹鋒

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330009)

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水利灌溉工程中低壓管灌的應(yīng)用

吳紹鋒

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330009)

中國(guó)的水資源分布總體上呈現(xiàn)出南方水多、北方水少，東部多、西部少，山區(qū)多、平原少的特點(diǎn)，而從農(nóng)田種植灌溉層面來(lái)說(shuō)，中國(guó)又是一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉大國(guó)。利用先進(jìn)灌溉技術(shù)實(shí)現(xiàn)有限水資源的灌溉價(jià)值最大化發(fā)揮，節(jié)省更多的水資源是當(dāng)前水利灌溉工程建設(shè)行業(yè)的研究熱點(diǎn)。低壓管灌技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用時(shí)間較早，可以實(shí)現(xiàn)水資源的高效率利用，相對(duì)于水澆地灌溉形式來(lái)說(shuō)，可以節(jié)省更多的水資源。

水利灌溉工程；低壓管灌技術(shù)；水資源；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

低壓管灌技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)來(lái)說(shuō)，屬于是技術(shù)上進(jìn)步的體現(xiàn)，它在當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用具有一系列的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，包括節(jié)水、簡(jiǎn)單、省時(shí)、高效等等，水利灌溉工程需要在結(jié)合本地區(qū)實(shí)際的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的低壓管道灌溉技術(shù)方式，對(duì)傳統(tǒng)的灌溉形式進(jìn)行創(chuàng)新和完善，最大程度的發(fā)揮低壓管道灌溉的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉效率的提升，并起到節(jié)約水資源的作用，使其兼顧經(jīng)濟(jì)性和效益性。

1　水利工程中低壓管灌的設(shè)計(jì)

從水利灌溉的形式方面來(lái)講，水利工程中的低壓管灌灌溉技術(shù)實(shí)質(zhì)上屬于是一種典型的地面灌溉類(lèi)型，從它的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，進(jìn)行灌溉的過(guò)程中主要是利用低壓的作用，并通過(guò)低壓管道系統(tǒng)，把儲(chǔ)存在蓄水庫(kù)中的水資源快速的引流到需要灌溉的地區(qū)。根據(jù)它的引起方式將其劃分為2種灌溉形式，即自壓和提水：

1)對(duì)于自壓灌溉形式來(lái)說(shuō)，管道設(shè)計(jì)需要利用到水利工程中的地形地勢(shì)，盡可能形成一個(gè)自然性的高差低壓，這樣在低壓引水的過(guò)程中就可以節(jié)省很多的電能資源，實(shí)現(xiàn)了能源的節(jié)約使用。

2)提水灌溉形式主要是從口井或者是塘壩等來(lái)獲取水源，利用水泵的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓灌溉，整個(gè)灌溉過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的電力能耗，但是它的灌溉效率是非常高的，也是當(dāng)前較為常用的一種低壓管灌技術(shù)。

2　低壓管道灌溉方式的設(shè)置

經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明，低壓管灌技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果非常好，可有效提高水資源的綜合利用率，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要結(jié)合灌溉區(qū)的實(shí)際狀況為主，采取合理的灌溉措施。

低壓管道灌溉方式指的是采用水力工程中的主蓄水池，把需要引流的水資源在管道的作用下，引向各個(gè)分蓄水池中，分蓄水池中也要采用這種具有密封性質(zhì)的導(dǎo)管，連接水利工程周?chē)墓喔葏^(qū)域，具體的密封導(dǎo)管使用需要依據(jù)灌溉區(qū)域的模式，合理設(shè)置灌溉方式，確保灌溉區(qū)的所有部分都可以實(shí)現(xiàn)低壓管道灌溉。通常情況下，為了進(jìn)一步促進(jìn)低壓管道灌溉的靈活性得到提升，所采用的密封導(dǎo)管需要每間隔約40m安裝1個(gè)閘閥，這個(gè)閘閥的主要作用是起到相鄰導(dǎo)管的連接作用，進(jìn)行灌溉時(shí)只需要把軟管和閘閥相連即可，在實(shí)際灌溉的工程案例中可以發(fā)現(xiàn)，這種灌溉形式的覆蓋面積較廣，可以大大減少軟管的移動(dòng)次數(shù)，從而促進(jìn)水利灌溉時(shí)間效率的提升。以實(shí)際的果園灌溉例子來(lái)分析，某一果園在進(jìn)行果樹(shù)灌溉時(shí)采用了低壓管道灌溉技術(shù)，可以把事先準(zhǔn)備的軟管接入到低壓管道灌溉儲(chǔ)水池之中的閘閥位置，再經(jīng)過(guò)低壓作用的引導(dǎo)，把儲(chǔ)水池中的水流引入到軟管中，然后再把軟管中的水流引入到整套的灌溉設(shè)備之中，這個(gè)灌溉設(shè)備的整體是協(xié)調(diào)完整的，可以實(shí)現(xiàn)在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)至少8棵果樹(shù)完成灌溉，這樣就可以減少軟管的移動(dòng)次數(shù)，也就減少了水資源的浪費(fèi)、蒸發(fā)，從而提高了水資源的綜合利用效率。

3　低壓管道灌溉技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的效益

低壓管道灌溉措施在當(dāng)前水利工程中的應(yīng)用，一方面可以提高水資源的灌溉效率，另一方面也可以使其經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步的提升。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，其水資源利用效率可以提升約2%～3%，在水利工程中的應(yīng)用效益有：

1)低壓管道灌溉技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，大多數(shù)情況下不會(huì)受到外界環(huán)境的影響，對(duì)管道低壓進(jìn)行科學(xué)合理的利用，保證水資源可以得到高效利用。

2)在低壓管道內(nèi)部，它的水資源很清潔，污染程度很小，與當(dāng)前水利灌溉的綠色環(huán)?；笙嘁恢?，促進(jìn)實(shí)際灌溉質(zhì)量水平得到顯著提升。

3)其應(yīng)用可以依據(jù)水利工程的實(shí)際需求，主動(dòng)的調(diào)節(jié)低壓管道灌溉過(guò)程中的水量、水流流速等，盡可能的滿(mǎn)足農(nóng)田種植的實(shí)際要求，減少水資源灌溉的浪費(fèi)。

4　低壓管道灌溉技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

低壓管道灌溉系統(tǒng)的組成主要有5個(gè)方面：①水源；②首部樞紐；③輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)；④給水裝置；⑤保護(hù)裝置以及農(nóng)田間灌溉設(shè)施等5個(gè)部分，之間是相互協(xié)調(diào)配合的，共同完成低壓管道灌溉技術(shù)的實(shí)際灌溉任務(wù)。

以贛撫平原灌區(qū)紅壤所實(shí)際的灌溉工程為例來(lái)分析，所需要進(jìn)行水資源灌溉的規(guī)劃面積大約是13hm2，主要種植物是苗木，由于該工程的項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)水土資源十分緊缺，兼顧到工程的經(jīng)濟(jì)效益，采用的是低壓管道灌溉技術(shù)。灌溉的水源來(lái)自于方塘中，水泵從方塘開(kāi)始提水經(jīng)過(guò)一級(jí)加壓之后，采用長(zhǎng)度約為309m的PVC—U輸水干管輸水至需要灌溉的區(qū)域，最后一級(jí)的支管線來(lái)對(duì)灌溉區(qū)的各個(gè)輪灌組的供水狀況進(jìn)行合理控制和管理。在支管上要在每間隔約100m設(shè)置1個(gè)給水栓，保證各個(gè)給水栓的距離間隔合理，并利用移動(dòng)軟管來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)苗木的灌水處理，具體的平面布置見(jiàn)圖1所示：

圖1　管網(wǎng)系統(tǒng)的平面布置圖

4.1實(shí)際灌水的定額確定

灌水定額的計(jì)算公式為：

K=1000γsh(β1-β2)=56.03m3/666.7hm2

(1)

式中：K為灌水定額，m3/hm3；γs為計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤干容重；h為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度；β1為適宜土壤含水率的上限，即占土重量的百分比；β2為適宜土壤含水率的下限，也可以是說(shuō)是占土重量的百分比。

4.2灌水的周期確定

灌水的周期計(jì)算公式為：

T=K/Ed

(2)

式中：T為灌水的周期；K為灌水的定額；Ed為土壤中水分含量的最大消耗速度。

從苗木的生長(zhǎng)周期來(lái)看，對(duì)追資源需求量最大的階段是生長(zhǎng)期，依據(jù)于果園所需灌溉的總面積，采用輪灌的方式進(jìn)行水灌溉，水泵的每天工作時(shí)間是12 h，15d澆灌完所有的面積，根據(jù)它的根系持水層深度和單日最大耗水量，設(shè)計(jì)3d灌完1#輪灌組，12d灌完2#～4#輪灌組，每一個(gè)輪灌組灌水是4d。

4.3灌溉的流量設(shè)計(jì)

灌溉流量設(shè)計(jì)的計(jì)算公式為：

(3)

式中：Q0為灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，m3/h；A為灌溉面積；η為灌溉水的利用系數(shù)；t為日工作時(shí)間。

4.4灌溉系統(tǒng)的水頭設(shè)計(jì)

灌溉系統(tǒng)的水頭設(shè)計(jì)計(jì)算公式為：

H=Zd-Zs+hs+∑hf+∑hj

(4)

式中：H為系統(tǒng)的水頭設(shè)計(jì)；Zd為最為不利的地面高程；Zs為供水地面的高程；hs為預(yù)留水頭；∑hf為經(jīng)過(guò)水泵吸水管到達(dá)最后1級(jí)管道的沿程水頭的損失量；∑hj為經(jīng)過(guò)水泵吸水管到達(dá)最后1級(jí)管道的局部水頭損失量。

上述工程灌溉案例總的投資費(fèi)用約76萬(wàn)元。在這個(gè)管道設(shè)置中，各個(gè)管段的水流流速值是在1.00～0.91 m/s，要至少在管道不淤流速之上，管道不淤流速一般是0.5m/s，而且也不能超過(guò)最大可允許的流速，可允許的流速一般是限制在2.5～3.0m/s。對(duì)于本工程來(lái)說(shuō)，它的輸水干線和輸水管線采用的是PVC—U管材，管材的管徑為dn160～dn75，各不相等也各不相同，具體的工作壓力為0.4 MPa，對(duì)于管線的接口來(lái)說(shuō)，它的接口方式一般采用的是擴(kuò)口加密封圈承插連接完成。

5　總　結(jié)

中國(guó)的水資源分布呈現(xiàn)出明顯的地域不均衡的特征，這與其現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)是不相一致的，農(nóng)業(yè)灌溉的面積較多，水灌溉還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際所需，要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水灌溉的高效率，就要采取先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和灌溉技術(shù)。低壓管道灌溉技術(shù)在當(dāng)前農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)構(gòu)成體系中是重要的一種，它在實(shí)際農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用具有一系列的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，不僅可以提高農(nóng)業(yè)灌溉的面積和效率，而且也可以最大程度的節(jié)約水資源，提高水資源的利用效率，再具體的應(yīng)用時(shí)，要充分結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉的實(shí)際所需，有針對(duì)性、科學(xué)性的設(shè)置低壓管道灌溉系統(tǒng)，保證其灌溉價(jià)值最大化體現(xiàn)。

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1007-7596(2016)05-0120-03

2016-03-15

吳紹鋒(1978-)，男，江西南昌人，工程師，從事灌區(qū)管理工作。

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