節(jié)水灌溉工作中低壓農(nóng)水管道傳輸?shù)膽?yīng)用方法

張新貴

(新疆頭屯河流域管理局，新疆 昌吉 831100)

相較于傳統(tǒng)輸水灌溉方式，采用低壓農(nóng)水管道傳輸?shù)姆绞娇捎行П苊鉂B漏與蒸發(fā)現(xiàn)象，從而節(jié)省大量水資源[1]。此外，管網(wǎng)系統(tǒng)主要埋設(shè)于地下空間內(nèi)，對(duì)土體的占用面積相對(duì)較小。簡(jiǎn)言之，該項(xiàng)節(jié)水灌溉技術(shù)效果優(yōu)良，兼具節(jié)水、省地等多重優(yōu)勢(shì)。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

頭屯河灌區(qū)可耕面積60.24萬畝。樞紐工程于1964年建成。為滿足生產(chǎn)作業(yè)要求，于1999年進(jìn)行頭屯河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造，頭屯河渠首、總干渠渠道、燈樓渠渠道、東西兩干渠、支渠及分水閘樞紐改造工程，可覆蓋的灌溉面積30.01萬畝。

2 低壓管道灌溉系統(tǒng)

2.1 低壓農(nóng)水管道傳輸作用及特點(diǎn)

低壓農(nóng)水管道灌溉是現(xiàn)階段最為常見的灌溉技術(shù)之一，將水資源引導(dǎo)至各個(gè)分蓄水池中，并借助具有優(yōu)良密封性的導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)與灌溉區(qū)域的有效連接[2]。節(jié)水灌溉布置情況見圖1。

圖1 節(jié)水灌溉布置形式

以地區(qū)水資源狀況為準(zhǔn)，確定合適的密封導(dǎo)管，并選擇最高效的灌溉方式，從而滿足灌溉需求。通常而言，為確保低壓農(nóng)水管道傳輸過程具有較高的靈活性，通常會(huì)增設(shè)數(shù)個(gè)閘閥，以30cm為間距將其分別設(shè)置在密封導(dǎo)管對(duì)應(yīng)位置，與相鄰管連接，從而達(dá)到灌溉效果。軟管與閘閥拼接后，能夠擴(kuò)大灌溉面積，避免軟管頻繁移動(dòng)的問題，提升了水利灌溉效率，相比傳統(tǒng)灌溉技術(shù)具有更多的突出優(yōu)勢(shì)。采用低壓農(nóng)水管道傳輸?shù)姆绞?，與當(dāng)前水資源緊缺局面下的灌溉需求相符，對(duì)于我國(guó)北方缺水地區(qū)而言更是如此，通過低壓農(nóng)水管道灌溉的方式可實(shí)現(xiàn)高效率灌溉[3]。

2.2 農(nóng)水管道的灌溉布置

輸配水管網(wǎng)是構(gòu)成灌溉管道系統(tǒng)的重要部分，在其作用下可將水源引導(dǎo)至特定的配水管道中?，F(xiàn)階段，輸配水管網(wǎng)主要發(fā)揮出兩種作用，即輸水與配水，配水管道主要由主管與干管兩部分構(gòu)成，二者功能一致，均是將水傳輸?shù)教囟ü艿纼?nèi)，隨后再進(jìn)行分流，確保各條管道輸水量處于相對(duì)均衡狀態(tài)，在此過程中水流量變化情況尤為關(guān)鍵，需得到密切監(jiān)視。通過風(fēng)水管道可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸水管道的引導(dǎo)，將灌溉水進(jìn)一步分流至后續(xù)配水管道中，主要作用在于分配水資源并合理調(diào)控水量。配水管道由兩部分構(gòu)成，即配水干管與配水支管，二者對(duì)于材料質(zhì)量等級(jí)提出較高要求，因此使用時(shí)需要確保材料的性能。此外，隨著農(nóng)田灌溉用水量持續(xù)變化，配水管道內(nèi)的流量也發(fā)生變化。在選擇配水管時(shí)，需在地形、地貌的基礎(chǔ)之上，最大程度上減少管道使用量，且各類管道總長(zhǎng)度應(yīng)得到合理的控制，從而達(dá)到控制管徑的效果。例如，在使用固定支管時(shí)，需要考慮到順坡結(jié)構(gòu)特性，遵循由下至上的布置原則，通過此方式盡可能減小支管管徑。

3 低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)與示范

3.1 工程總體布置

本灌區(qū)采用的是低壓農(nóng)水管道的方式，全區(qū)種植方式統(tǒng)一，均采用的是小麥、油葵、玉米、果樹作形式?；趯?shí)際灌溉需求，合理設(shè)置管網(wǎng)系統(tǒng)，可細(xì)分為開敞式與半封閉式，傳輸時(shí)管道系統(tǒng)處于不完全封閉狀態(tài)，適配適量的分水調(diào)壓井以及浮球閥，在上述結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用下有效控制閘(閥)門啟閉。考慮到各個(gè)區(qū)域的灌水用量要求，有干管與支管兩種形式，且均采用的是地埋的方式，遵循的是樹枝狀布置原則，合理調(diào)節(jié)管線走向，以平順為基本要求，沿線盡可能減少起伏等波動(dòng)現(xiàn)象，在不影響灌溉的前提下適當(dāng)縮短管線長(zhǎng)度，以便發(fā)揮出優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)效益。設(shè)置支管時(shí)，要求彼此間距控制在250～350m。以地形情況為準(zhǔn)，在支管末端增設(shè)排水裝置，若周邊有天然洼地，可將水直接排入洼地。地面灌溉的結(jié)構(gòu)設(shè)置，采用的是閘管、小管出流等相綜合的方式。

3.2 取水工程

分別設(shè)置節(jié)制閥與分水閘，二者是構(gòu)成取水工程的重要結(jié)構(gòu)[4]?？紤]到示范區(qū)的灌溉要求，針對(duì)不同裝置選取相對(duì)應(yīng)的型式，節(jié)制閘以開敞式為宜，設(shè)置分水閘時(shí)則選用的是胸墻涵洞式結(jié)構(gòu)。

3.3 渠首工程

3.3.1 引渠

引渠發(fā)揮著重要的連接作用，可有效連接渠節(jié)制閘與沉沙池，該部分總長(zhǎng)度10m，考慮地形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)為矩形斷面型式。

3.3.2 沉沙池

沉沙池用C20混凝土澆筑而成，設(shè)計(jì)為開敞式矩形單箱結(jié)構(gòu)型式，基于實(shí)際運(yùn)行狀況，其容量設(shè)置為150m3，且設(shè)置了集水坑，該結(jié)構(gòu)位于沉沙池出口右側(cè)區(qū)域。伴隨灌溉作業(yè)的持續(xù)推進(jìn)，必然會(huì)產(chǎn)生雜物，為了避免其進(jìn)入管道，須在管道口增設(shè)攔污柵欄?？紤]到池中淤沙的清理需要，優(yōu)化了池底結(jié)構(gòu)，采用的是倒坡結(jié)構(gòu)型式；考慮到干管內(nèi)水流動(dòng)狀況，為確保沉沙池使用效果，合理設(shè)計(jì)管道進(jìn)口，該處盡可能引取表層水。

3.4 管道安裝

塑料管長(zhǎng)度以8m為宜，通過對(duì)多類單管組合連接的形式，并輔以適量管件，構(gòu)成地下管道輸水系統(tǒng)。管身的使用情況復(fù)雜，需承受來自于外部的荷載以及內(nèi)力的持續(xù)性壓力，由于管道接口采用的是管壁擠壓處理方式，具有較好的融合效果，因此無須設(shè)置封口。銜接口管路部分區(qū)域較為脆弱，須確保該部分安裝質(zhì)量。關(guān)于管材的連接作業(yè)，應(yīng)以塑料管的基本特性為準(zhǔn)，施工之前處理管結(jié)構(gòu)，可利用干毛巾清理干凈，在此基礎(chǔ)上再涂抹適量的洗潔精，合理控制接口長(zhǎng)度，確保無誤后再逐個(gè)安裝[5]。

3.5 田間灌溉工程

3.5.1 小管出流灌溉

為深入探討多泥沙水是否具備微灌的能力，本工程中共選取400畝桃樹種植區(qū)，在此基礎(chǔ)上探討小管出流灌溉方案的可行情況。由于設(shè)置了總干管，通過此結(jié)構(gòu)能夠有效地將水轉(zhuǎn)移到灌溉區(qū)，再通過小管出流灌溉系統(tǒng)處理，形成干、支、毛三級(jí)管道，各自管徑分別為200mm、90mm和32mm?；诒竟こ虒?shí)際情況，考慮到小管出流特點(diǎn)，選用了固定式管網(wǎng)系統(tǒng)，具體有：將上述提及的三類管道埋于地下，其中毛管沿著種植方向有序設(shè)置，施工中要求每?jī)尚袠渲虚g均增設(shè)毛管，各管間距保持為4m。選取合適管道材料，干支管一致且均為UPVC管，毛管為PE管。微灌管使用的是φ6聚乙烯管，選其前端1m埋于地下，余下部分繞樹基一周，以0.3m為間距分別在毛管上設(shè)置若干個(gè)流孔。合理控制灌水量，每棵樹為60L/h，并為各個(gè)輪灌組增設(shè)4個(gè)閘閥井，澆灌過程中，小管出流壓力0.05MPa。

3.5.2 田間閘管灌溉

移動(dòng)軟管以及供水閥共同構(gòu)成田間閘管灌溉系統(tǒng)，可取代毛渠從而達(dá)到田間輸配水的效果，通過對(duì)調(diào)節(jié)閥開度的控制，可選擇合適的進(jìn)溝(畦)流量。區(qū)域內(nèi)共有500畝采用閘管灌溉形式，主要為頭屯河農(nóng)場(chǎng)園藝場(chǎng)支管灌溉的區(qū)域。

3.6 管道建筑物

3.6.1 分水調(diào)壓井

通過分水調(diào)壓井的作用，能夠達(dá)到分水、調(diào)壓的效果，設(shè)計(jì)為矩形結(jié)構(gòu)型式，可分為進(jìn)水室(長(zhǎng)0.7m)與溢流室(長(zhǎng)控制在1～3m)兩部分，二者協(xié)同作業(yè)，確保整個(gè)分水調(diào)壓井的運(yùn)行效果。

3.6.2 出水口

出水口主要設(shè)置在干、支管上，可調(diào)節(jié)出水口流量，該部分為全鑄鐵結(jié)構(gòu)型式，內(nèi)徑200mm。實(shí)際使用中，通過改變螺桿調(diào)節(jié)閥瓣開度的方式，可以達(dá)到對(duì)流量精確控制的效果。

4 低壓管道輸水灌溉效果分析

相較于傳統(tǒng)方式下的明渠灌溉技術(shù)，利用低壓管道灌溉系統(tǒng)更具可行性，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

a.節(jié)水。有助于緩解滲漏與蒸發(fā)現(xiàn)象，提升了水利用率，相較于常規(guī)的土渠灌溉而言節(jié)省量約30%。

b.減少占地、省工。所有管道均埋在地下，可有效控制耕地占用面積，相比于明渠灌溉形式減少約2%的占用，在當(dāng)前土地資源緊缺的背景下具有積極意義。管道灌溉除了減少對(duì)土地的占用外，整個(gè)灌溉流程都具有規(guī)范化與系統(tǒng)化特性，有助于縮短輸水時(shí)間，達(dá)到省工的效果。

c.增產(chǎn)增收。灌溉水的利用率較高，優(yōu)化了田間灌水條件，明顯縮短了輪灌周期，為作物生長(zhǎng)提供了良好環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了增產(chǎn)增收。

d.管理方便。系統(tǒng)構(gòu)成較為合理，從運(yùn)行原理這一層面來看，低壓管道灌溉系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性更強(qiáng)，采用的是壓力供水形式，即便是在拐彎等特殊地段也具有適用性。選用的管道灌溉設(shè)備較為簡(jiǎn)單，不存在過多技術(shù)難點(diǎn)，提升了系統(tǒng)管理效果，可有效控制用水量。

e.使用壽命長(zhǎng)。不同于常規(guī)方式的是，此處所有管道均采用的是埋入地下的方式，不易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，通常情況下壽命可達(dá)50年。

實(shí)踐結(jié)果表明，低壓管道灌溉系統(tǒng)能夠有效控制用水量，避免了水資源浪費(fèi)的問題，提升了灌溉水平，增強(qiáng)了農(nóng)作物抗干旱能力，成為推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)制度改革的關(guān)鍵所在。

5 結(jié) 語

低壓農(nóng)水管道傳輸系統(tǒng)自運(yùn)營(yíng)以來，整體使用效果良好，足以說明半封閉式結(jié)構(gòu)型式的可行性。實(shí)踐結(jié)果表明，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境得到改善，灌溉水利用率隨之提升，可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的科學(xué)調(diào)整，達(dá)到農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的效果，推動(dòng)灌溉農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。