低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

陳秀芳

摘要 低壓管道灌溉工程不似滴灌、噴灌等農(nóng)田節(jié)水技術(shù)工程需要大量的前期投入和后期的精心維護(hù)，僅需要較小的前期投入和后期管理就能夠?qū)⒐喔扔盟斔椭撂镩g地頭，滿足農(nóng)民生產(chǎn)用水的需求。低壓管道灌溉工程在我國小型農(nóng)田水利工程的建設(shè)和應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。基于此，從低壓管道灌溉的應(yīng)用價(jià)值入手，分析影響低壓管道灌溉發(fā)揮作用的因素，探討低壓管道灌溉工程的系統(tǒng)規(guī)劃布置，為提高小型農(nóng)田水利工程發(fā)揮應(yīng)有作用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 小型農(nóng)田水利工程;低壓管道;灌溉;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2022）03–0164–03

小型農(nóng)田水利工程主要指為解決農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村飲用水而修建的小型灌排工程，通常包括引水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、蓄水系統(tǒng)，具備調(diào)節(jié)水資源分布、滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水、滿足農(nóng)村生活用水的價(jià)值。低壓管道灌溉工程是常見的小型農(nóng)田水利工程引水系統(tǒng)形態(tài)，主要應(yīng)用在于地形較為平坦、輸水壓力小的灌溉區(qū)域，只需要較少的前期投入和建設(shè)施工即可完成工程建設(shè)，滿足將水資源從水源地引至田間地頭的生產(chǎn)需求。低壓管道灌溉工程比傳統(tǒng)的溝渠輸水有更好的節(jié)水效果，建設(shè)資金投入和勞動(dòng)力投入比滴灌、噴灌等工程更低，從適用性和實(shí)用程度上來看，更適合我國大部分農(nóng)村地區(qū)。主要討論了低壓管道灌溉工程的設(shè)計(jì)和使用。

1 低壓管道灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的價(jià)值

低壓管道灌溉是指壓力不超過0.3 MPa的管道輸水灌溉行為，無需消耗大量的電能制造輸水高壓，無需大量的前期建設(shè)投入，是一種適用范圍廣、利用率高、成本低的灌溉工程[1]。低壓管道灌溉可廣泛應(yīng)用于河流、水庫、水井和農(nóng)田，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對灌溉水的需求。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查可知，低壓管道灌溉比傳統(tǒng)渠道灌溉節(jié)水30%，比噴灌、滴灌等灌溉方式節(jié)能，建設(shè)投資成本遠(yuǎn)低于噴灌、滴灌等方式，前期建設(shè)耗時(shí)短，是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要一環(huán)。我國不僅是一個(gè)人口大國、農(nóng)業(yè)大國，還是一個(gè)水資源相對緊缺、分布不均勻的國家，發(fā)展低壓管道灌溉符合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本需求。

目前，國內(nèi)低壓管道灌溉輸水工程的建設(shè)存在很多問題，針對已經(jīng)修建完成的低壓管道管理不到位、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理領(lǐng)域普遍缺乏節(jié)水意識(shí)，導(dǎo)致低壓管道灌溉未能發(fā)揮出應(yīng)有的作用。隨著水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉的水資源比例不斷下降，灌溉水不足直接導(dǎo)致作物的產(chǎn)量和質(zhì)量受損。民以食為天，農(nóng)田產(chǎn)量不高的結(jié)果必將影響社會(huì)的穩(wěn)定，建設(shè)好低壓管道灌溉工程是緩解問題的關(guān)鍵。

2 影響低壓管道灌溉應(yīng)用的因素分析

2.1 地形因素

低壓管道灌溉工程的特征在于“低壓”，這就限制了灌溉方式的應(yīng)用范圍。地形較為平坦、高差小的農(nóng)田區(qū)域更適合應(yīng)用低壓管道灌溉工程，地形坡度高、高差大的農(nóng)田區(qū)域不適合應(yīng)用低壓管道灌溉技術(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)和實(shí)際使用情況調(diào)查可知，在地形坡度小于6°的平坦農(nóng)田區(qū)域適合建設(shè)低壓管道灌溉工程，因?yàn)槠露鹊陀?°的平坦地形對灌溉供水的壓力要求小，所以泵站、管道的建設(shè)難度都比較小，施工成本低且建設(shè)使用后的運(yùn)行穩(wěn)定程度高。若地形坡度在6°～25°范圍內(nèi)，屬于坡度較緩的農(nóng)田區(qū)域，適合應(yīng)用低壓管道灌溉工程，但建設(shè)難度、建設(shè)成本、泵機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性都會(huì)隨著坡度的增加而增加。若地形坡度超過25°，則說明該農(nóng)田區(qū)域不適合應(yīng)用低壓管道灌溉技術(shù)，因?yàn)榈蛪罕脵C(jī)已經(jīng)不能滿足灌溉水的輸送需求，耗能大且輸送水量小，存在耗能、耗水的情況，需要采用其他灌溉方式。

2.2 水源因素

低壓管道灌溉工程中，灌輸用水的流動(dòng)速度不快，水分中含的雜質(zhì)容易在管道中沉積，因此，對灌溉水水源的質(zhì)量有一定的要求。若當(dāng)?shù)厮吹暮s質(zhì)程度較高，則說明當(dāng)?shù)夭贿m合建設(shè)封閉式的低壓管道，因?yàn)殡s質(zhì)堵塞封閉管道而無法有效清理，更適合使用敞開式的低壓管道。但這樣的低壓管道受到蒸騰作用的影響，節(jié)水效率下降，需要管理人員做好敞開式管道的覆蓋物管理，降低管道輸送過程中蒸發(fā)失水量。

此外，過長的灌溉輸水距離容易造成水頭損失，如果采用敞開式管道形式，蒸發(fā)損失量也會(huì)增加，因此，在輸水距離過長的情況下可考慮階段性水源地取水，即在灌溉水源附近、灌溉區(qū)中部選擇水質(zhì)相近的供水支點(diǎn)，盡可能縮短灌溉水的輸送距離。這樣的方式既能夠避免輸水過程中的浪費(fèi)，又能夠避免大量抽取水源地的水資源，避免影響水源地生態(tài)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.3 施工水平

低壓管道灌溉工程屬于前期投資小、工程隱蔽、使用年限長的工程，施工水平的高低會(huì)直接影響灌溉效果和工程施工效果。若施工水平不足，管道施工存在封閉不足、管道傾斜下沉等問題，很有可能導(dǎo)致灌溉水在管道運(yùn)輸過程中出現(xiàn)滲漏損失，影響單位泵機(jī)能耗輸送的水量，以及農(nóng)田灌溉效果[2]。因此，施工團(tuán)隊(duì)必須提高施工水平，從管道開挖開始做好質(zhì)量監(jiān)管，確保管道地基的強(qiáng)度和承載力滿足工程需求，不會(huì)輕易出現(xiàn)管道下沉、開裂的情況;確保敞開式管道的銜接質(zhì)量，確保封閉式管道的密封程度，減少低壓管道滲漏失水的可能性;確保泵機(jī)與管道銜接質(zhì)量，減少灌溉水低壓輸送過程中的水源損失;做好敞開式管道的覆蓋施工，減少蒸騰作用造成的灌溉水蒸發(fā)損失。只有施工水平達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)，才能夠保證低壓管道灌溉工程的作用得以發(fā)揮，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉用水需求。

2.4 低壓管道灌溉工程管理水平

低壓管道灌溉工程由低壓泵站、灌溉水輸送管網(wǎng)、農(nóng)田放水口、各類控制閥門、流量表等部分組成，這些工程環(huán)節(jié)都需要日常運(yùn)維來維持正常工作的狀態(tài)，保證灌溉水能夠順利從水源地抽取至農(nóng)田，保證農(nóng)民的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水。

目前，農(nóng)田低壓管道灌溉工程多以一個(gè)低壓泵站連接多個(gè)農(nóng)田板塊放水口，滿足多個(gè)區(qū)域的灌溉用水需求，因此，需要運(yùn)維團(tuán)隊(duì)通過日常維護(hù)、管理保障整個(gè)灌溉工程的運(yùn)行質(zhì)量，充分提升低壓管道灌溉工程的運(yùn)行效率。

3 低壓管道灌溉工程的系統(tǒng)規(guī)劃布置

3.1 低壓管道灌溉的管網(wǎng)布置形式

低壓管道灌溉系統(tǒng)通常由干管和支管組成，干管負(fù)責(zé)從灌溉水源向灌溉區(qū)域進(jìn)行水體輸送，支管負(fù)責(zé)從輸水干管中分接水體送入農(nóng)民各自的農(nóng)田放水口，形成有效的灌溉，管網(wǎng)整體呈現(xiàn)“豐”字形[3]。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并非全年進(jìn)行，且不同時(shí)期的灌溉需水量不同，低壓管道灌溉系統(tǒng)中的干管通常以封閉形式埋設(shè)在地面以下，若水源水質(zhì)不允許使用封閉管道，則采用敞開式+覆蓋的方式進(jìn)行掩埋鋪設(shè);支管則以閥門與干管連接，進(jìn)行可移動(dòng)連接，使用時(shí)銜接上放水，不使用時(shí)從閥門處拆解開，收攏起來。這樣的管網(wǎng)布置方式能夠有效縮小管網(wǎng)布置所需的耕地面積，減少低壓管道前期施工所需的成本和工期，提高低壓管道灌溉工程的利用效率，更適合灌溉區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求。

低壓管道灌溉工程的管網(wǎng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考量水源與灌溉區(qū)域之間的距離、水源地與灌溉區(qū)域之間的高差、水源地水質(zhì)情況等參數(shù)，對灌溉工程的管網(wǎng)布設(shè)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，確保管道工程的施工質(zhì)量和施工效率。在設(shè)計(jì)管網(wǎng)時(shí)，應(yīng)充分考量灌溉區(qū)域大小、管道長度、敷設(shè)覆蓋面積之間的關(guān)系，避免管網(wǎng)灌溉面積大于灌溉區(qū)域需求，或管網(wǎng)灌溉面積小于灌溉區(qū)域需求而造成灌溉水資源浪費(fèi)或無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的情況。而且，設(shè)計(jì)人員需充分考量當(dāng)?shù)毓喔葏^(qū)域內(nèi)農(nóng)民種植農(nóng)作物的位置，選擇管網(wǎng)能夠穿越最多灌溉點(diǎn)位的路線，盡可能縮減輸水距離，提高水資源利用率。低壓管道灌溉工程中的支管需要用閥門與干管銜接，設(shè)計(jì)人員需要規(guī)劃好閥門位置，一方面，對應(yīng)農(nóng)民種植農(nóng)作物的走向開設(shè)閥門口;另一方面，盡可能避免干管上2個(gè)支管閥門開口位置過近，避免支管同時(shí)開啟時(shí)影響下游支管的輸水效果。

以某灌溉區(qū)域?yàn)槔喔葏^(qū)域整體形態(tài)近似長方形，南北方向?qū)捈s700 m，東西方向長約1 400 m，設(shè)計(jì)人員選擇東西方向上一頭一尾的2個(gè)水源地作為灌溉取水源頭，低壓管道的干管以東西走向穿過灌溉區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)灌溉區(qū)域的覆蓋。低壓管道的支管以南北走向連接干管，支管閥門與閥門之間的距離控制在75 m以上，南北雙向開設(shè)布置，滿足位于干管兩側(cè)的農(nóng)田灌溉用水需求。

3.2 低壓管道灌溉工程的管材選擇

低壓管道灌溉工程主要通過管道實(shí)現(xiàn)灌溉水輸送，因此，管材是影響管道工程應(yīng)用質(zhì)量和灌溉水安全的關(guān)鍵。目前，我國的低壓管道灌溉工程中常選用聚乙烯管作為管材，聚乙烯是一種無毒管材，可以與生產(chǎn)生活用水接觸，且聚乙烯管具有較高的柔韌性、耐高溫性，能夠滿足低壓管道灌溉系統(tǒng)中支管重復(fù)收攏、重復(fù)使用的需求。

除了聚乙烯管外，聚氯乙烯管（PVC）也是一種低壓管道灌溉工程中常用的管材，聚氯乙烯本身無毒性，所添加的增塑劑、防老化劑等輔料存在毒性，不可用于食品包裝物，也不可在50℃左右的環(huán)境中使用，但低壓管道灌溉輸水的工作環(huán)境遠(yuǎn)低于這個(gè)溫度，且不與食品接觸，因此不會(huì)對管道中的灌溉水形成污染，滿足低壓管道灌溉使用需求。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，聚氯乙烯改性試驗(yàn)是很多材料企業(yè)的研究方向之一，改性后的新型聚氯乙烯安全程度提升、危害程度下降，能夠進(jìn)一步滿足灌溉管道所需。

3.3 低壓管道灌溉工程的水力計(jì)算

在管道灌溉工程的水力計(jì)算中，出水口尺寸、管徑、水頭損失、調(diào)壓井頂高程、水泵揚(yáng)程等都是設(shè)計(jì)人員計(jì)算的主要對象，計(jì)算準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到水資源的利用率，關(guān)系到低壓管道灌溉工程的節(jié)水和灌溉效果。

以農(nóng)田出水口的尺寸水分設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)人員需要參考生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的出水口流量與壓力之間的關(guān)系，選擇合適的出水口型號(hào)，或按照出水口內(nèi)徑d=8.94（q / u）0.5h-0.25進(jìn)行計(jì)算，其中，u為出水口流量系數(shù)，取值通常在0.6～0.62之間，h為出水口，一般工作壓力通常取值在0.3～0.5 m之間，q為出水口流量[4]。

管徑尺寸計(jì)算需要結(jié)合周邊出水口同時(shí)工作時(shí)的最大流量、最小流量進(jìn)行計(jì)算，最小流量與最大流量之間的關(guān)系系數(shù)通常取0.75，管徑計(jì)算D=18.8，其中，v為管道內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速。關(guān)于v的取值，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)管道使用的市場調(diào)查情況進(jìn)行取值，取值范圍根據(jù)不同的管材判斷，若管材為PE管，則取值范圍為1.0～1.2，技術(shù)規(guī)范中推薦的取值范圍存在偏大的問題，若直接按照技術(shù)規(guī)范取值判斷則可能影響低壓管道灌溉工程的正常運(yùn)行效果。

做好相關(guān)水力計(jì)算是保證低壓管道灌溉工程運(yùn)行質(zhì)量和效果的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量避免從現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案中直接照搬，畢竟每個(gè)灌溉區(qū)域、水源地的細(xì)節(jié)情況不同，可供計(jì)算的參數(shù)不同，需要設(shè)計(jì)人員因地制宜地設(shè)計(jì)低壓管道灌溉管網(wǎng)。

3.4 低壓管道灌溉制度的設(shè)計(jì)

低壓管道灌溉系統(tǒng)在設(shè)計(jì)規(guī)劃的過程中，為保證灌溉的有效性，需要工作人員明確灌溉制度，依托灌溉制度，做好低壓管道灌溉系統(tǒng)的日常管理和維護(hù)工作[5]。灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行需要符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本要求，灌溉工程運(yùn)維人員需根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)期間的溫度、濕度、降雨量、土壤以及農(nóng)作物需水的生產(chǎn)情況科學(xué)調(diào)控灌溉輸水量，為灌溉區(qū)域內(nèi)的農(nóng)作物生長發(fā)育營造出良好的外部環(huán)境?；谶@種認(rèn)知，在低壓管道灌溉系統(tǒng)灌溉制度的設(shè)立環(huán)節(jié)，工作人員需要將灌溉時(shí)間、灌溉總量以及灌溉頻率等作為重要參數(shù)，將其作為基礎(chǔ)確立相應(yīng)的制度，并不斷優(yōu)化。通過這種方式，能夠在短時(shí)間內(nèi)科學(xué)地判定低壓管道灌溉系統(tǒng)的灌溉制度，為后續(xù)相關(guān)工作的開展提供參考，保證灌溉工作的有效性與合理性，實(shí)現(xiàn)對水資源的科學(xué)利用。灌溉制度的設(shè)計(jì)和執(zhí)行效果是評價(jià)工作人員工作效果的重要參數(shù)，應(yīng)引起相關(guān)部門和工作人員的重視。

4 結(jié)束語

對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)而言，灌溉是影響農(nóng)田單位產(chǎn)量、作物質(zhì)量的重要因素，水資源分布直接影響著農(nóng)民的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)操作，將灌溉用水送到田間地頭是鋪設(shè)灌溉管網(wǎng)工程的最終目的。低壓管道灌溉工程是一種低能耗、節(jié)水、適用范圍普遍的灌溉工程，建設(shè)投入成本低、施工工期較短，在我國的灌溉區(qū)域內(nèi)使用頻率較高。工程建設(shè)人員應(yīng)充分正視工程建設(shè)中的問題，增強(qiáng)低壓管道灌溉工程在小型農(nóng)田生產(chǎn)中的使用效果，強(qiáng)化現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Application of Low-Pres-sure Pipeline Irrigation in Small Irrigation and Water Conservancy Projects

CHEN Xiufang （Minle County Water Bureau， Minle，Gansu? 734500）

Abstract Unlike drip irrigation， sprinkler irrigation and other farmland water-saving technology projects， low-pressure pipeline irrigation projects require a large amount of early investment and careful maintenance in the later stage. Only small early investment and later management can transport irrigation water to the fields and meet farmers' demand for production water. Low pressure pipeline irrigation plays an important role in the construction and application of small irrigation and water conservancy projects in China. Based on this through the application value of low-pressure pipeline irrigation， analyzed the factors affecting low-voltage pipeline irrigation， discussed the system planning and layout of low-pressure pipeline irrigation project， and provided the foundation for improving small irrigation and water conservancy projects to play its due role.

Key words Small irrigation and water conservancy projects; Low-pressure pipeline; Irrigation; Application