井灌區(qū)低壓管道布置及關(guān)鍵參數(shù)選擇

劉文華

（劉莊引黃灌區(qū)管理處，山東 菏澤 274000）

井灌區(qū)低壓管道布置及關(guān)鍵參數(shù)選擇

劉文華

（劉莊引黃灌區(qū)管理處，山東 菏澤 274000）

結(jié)合菏澤市井灌區(qū)低壓管道灌溉系統(tǒng)應(yīng)用的成功經(jīng)驗，分析了低壓管道系統(tǒng)的工程形式、主要參數(shù)設(shè)計、管材、管道布置等關(guān)鍵內(nèi)容的選擇，為指導(dǎo)類似工程規(guī)劃設(shè)計提供借鑒。

菏澤市；井灌區(qū)；低壓管道；系統(tǒng)布置

山東省井灌區(qū)面積較大，而菏澤市由于水資源分布不均，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多采用井灌方式。近年來，由于地方農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，農(nóng)業(yè)對灌溉用水需求量日益增多，傳統(tǒng)土渠、大水漫灌方式已經(jīng)不滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。為此，菏澤市大力發(fā)展節(jié)水高效灌溉模式，采用低壓管道與溝灌、畦灌相結(jié)合的方式，極大地推動了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1 輸水工程形式及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

1.1 工程形式

按照低壓管道的固定方式，工程形式可分為管渠結(jié)合式、移動式、半固定式以及固定式。

1）固定式管道系統(tǒng)中所有管道與分水設(shè)施均需要埋入地下，而系統(tǒng)的給水栓與分水口則需要直接倒帶農(nóng)田溝、畦。

2）半固定式系統(tǒng)的機井水泵、主干管道與給水栓是固定的，而進入田間則采用地面軟管。地面軟管可根據(jù)需要進行移動，但在灌水過程中需要提前在地下埋入固定管道，各固定管道出水口再通過移動軟管送入指定位置進行灌溉。

3）移動式管道輸水系統(tǒng)中，配水源一般保持固定，而水泵、地面管道可根據(jù)需求進行移動調(diào)整。這種工程形式靈活性較強，投資相對較小，但移動較麻煩，且管道容易損壞。

4）管渠結(jié)合式與半固定式系統(tǒng)有很大的相同之處，其差異表現(xiàn)在管渠結(jié)合式不需要地面軟管進行配水，而是通過田間毛渠來配水。

分析可知，如井灌區(qū)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，因此，低壓管道輸水灌溉形式可選擇半固定式與管渠相結(jié)合的形式。而農(nóng)業(yè)作物如以經(jīng)濟作物為主，則應(yīng)選擇固定式管道輸水。

1.2 主要參數(shù)設(shè)計

井灌區(qū)低壓管道灌溉系統(tǒng)設(shè)計需要考慮3個方面因素，即灌溉保證率、灌水周期和灌溉溝、畦長度。菏澤市地區(qū)種植農(nóng)作物主要為旱作物，灌溉設(shè)計保證率一般保持在50%～75%，上限為80%，經(jīng)濟作物可視情況適當(dāng)增加。旱作物的灌水定額控制在225～450 m3/hm2，根據(jù)農(nóng)作物生長規(guī)律，確定適宜的灌水周期，一般取7～15 d，管網(wǎng)設(shè)計灌水周期為7 d。為盡可能提高灌溉水利用率，保證灌溉的均勻，灌溉采用小畦灌溉，視土壤透水性確定溝、畦長度。灌區(qū)土壤透水性越強，畦長越短，一般采用30～40 m、40～60 m、50～80 m三個標準，上限不超過100 m。

2 管道系統(tǒng)設(shè)計

2.1 管材比選分析

現(xiàn)階段，管灌工程所應(yīng)用的管材主要有2種，即塑料管材和水泥制品管材。單從工程造價方面考慮，如管徑不超過250～300 mm，塑料管材的價格要低于水泥制品管材；而隨著管徑的增加，使用水泥制品管材的成本將下降，因此在管徑大于250～300 mm時，宜采用水泥制品管材。如從施工難易角度分析，塑料管材運輸方便、安裝簡易，質(zhì)量有保障，而水泥制品管材在運輸、安裝方面要求較高。同時，塑料管材能夠適應(yīng)復(fù)雜的地形條件，具有較強的適應(yīng)能力。地區(qū)單井出水量一般不超過100 m3/h，所需管徑不超過250 mm，因此管材宜采用塑料，如薄壁聚氯乙烯管材、雙壁波紋管和低密度聚乙烯軟管。

2.2 管徑的選擇

當(dāng)單個機井的出水量不超過40 m3/h時，管道系統(tǒng)的干管、支管均可采用Φ110 mm的管材，這也能夠在一定程度上降低管道流體阻力。而當(dāng)單井出水流量大于40 m3/h時，管道系統(tǒng)應(yīng)相應(yīng)地增加同時工作的支管數(shù)，支管規(guī)格仍選擇Φ100 mm，而由于出水量的增加，干管需要提高一個規(guī)格，選擇Φ140 mm或Φ160 mm管。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計顯示，本地區(qū)單井出水量一般在80 m3/h，所以干管直徑上限為Φ160 mm。綜上分析可得，一般情況下，井灌區(qū)干支管可選擇Φ110 mm的同徑管，如管道流量較大或者管道系統(tǒng)線路過長，可適當(dāng)增加干管規(guī)格，選擇Φ140 mm或Φ160 mm管材。

2.3 管道系統(tǒng)布置

在確定低壓管道系統(tǒng)時，應(yīng)綜合考慮井灌區(qū)地形特點、水源位置以及水量特性、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)等條件，以最低的經(jīng)濟投入，達到最大的經(jīng)濟效果。管線布設(shè)中應(yīng)力求最短的管線控制最大的灌溉面積，應(yīng)保證管線的平順，減少不必要的拐彎和起伏情況。菏澤市灌溉農(nóng)田面積普遍較小，宜選擇兩級管道進田的方式。對于小面積的狹長地塊，也可以選擇一級管道進田。

3 其他參數(shù)設(shè)計

3.1 末級固定管道與出水口間距

末級固定管道與田間灌水溝布置方式一般有2種，即平行式和垂直式。采用平行布置方式時，如選擇雙向分水，出水口間距應(yīng)保持在溝(畦)長度的2倍左右，單向分水時應(yīng)與溝（畦）等長。采用垂直布置方式時，如選擇雙向澆地，末級固定管道間距應(yīng)保持在溝（畦）長度的2倍左右，單向澆地時應(yīng)與溝（畦）等長。根據(jù)菏澤市成功實施經(jīng)驗，末級固定管道與出水口間距均宜保持在50～100 m，單個出水口控制面積保持在0.27～0.60 hm2，固定管道布設(shè)密度控制在90～150 m/hm2。

3.2 出水口或給水栓

出水口或給水栓主要為鐵鑄件，形式有絲蓋型、球閥型和螺桿壓蓋型3種。絲蓋型出水口應(yīng)用最為普遍，其結(jié)構(gòu)較為簡單，成本相對較低，能夠?qū)崿F(xiàn)向各個方向送水，缺點是灌水流量不能進行調(diào)節(jié)。球閥型出水口結(jié)構(gòu)包含上下兩個部分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能夠任意旋轉(zhuǎn)出水口，但不便于拆裝，且造價較高。螺桿壓蓋型出水口比較耐用，啟閉靈活，流量可控，但成本偏高。具體采用哪種出水口，需綜合考慮灌溉任務(wù)、經(jīng)濟條件等內(nèi)容。

3.3 工作水頭

低壓管道系統(tǒng)工作水頭需經(jīng)過嚴格的水力計算，而根據(jù)菏澤市井灌區(qū)低壓管道成功實施經(jīng)驗，得到一般井灌區(qū)管道工作水頭參數(shù)，如表1所示。

表1 一般井灌區(qū)管道工程工作水頭 m

3.4 水泵

井灌區(qū)機井多抽采淺層地下水，地區(qū)動水埋深普遍較淺，機井出水量約在40～60 m3/h。因此，水泵總揚程應(yīng)控制在15～20 m，才能保證低壓管道系統(tǒng)的正常輸水。為保證井灌區(qū)輸水的平穩(wěn)性，水泵泵型多選擇離心泵，其工作效率較為平穩(wěn)，且安裝、運行非常靈活，能夠適應(yīng)低壓管道輸水系統(tǒng)的需求。

4 結(jié)語

井灌區(qū)低壓管道輸水工程能夠大大提高灌溉水利用率，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能，尤其對于像菏澤市水資源匱乏的地區(qū)。通過總結(jié)菏澤市景觀區(qū)低壓管道灌溉系統(tǒng)的成功經(jīng)驗，可為類似工程提供借鑒。

[1] 吳文榮,丁培峰,忻龍祚,等.我國節(jié)水灌溉技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].節(jié)水灌溉,2008,(4)：50-52.

[2] 張艷紅.論提高井灌區(qū)低壓管道輸水灌溉用水效率 [J].水利規(guī)劃與設(shè)計,2005,S1：33-36.

[3] 王文平.低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)在石頭河灌區(qū)的運用[J].水利與建筑工程學(xué)報,2011,03：156-159.

（責(zé)任編輯崔春梅）

F426.91

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1009-6159（2017）-05-0036-02

2016-12-13

劉文華（1970—），男，工程師