自壓灌溉系統在微灌工程中的運用

□鄧錦秀（喀什農三師勘測設計研究院有限責任公司）

0 前言

管道輸水灌溉是利用一定壓力將灌溉水由分水設施（灌水器）輸送到田間的一種節水灌溉方式，根據提供工作壓力的方式不同，又可分為自壓灌溉和加壓灌溉。自壓灌溉是利用自然地形落差將管道累積起來的勢能作為節水灌溉所需的工作壓力水頭；加壓灌溉是利用電能通過水泵加壓轉化成勢能（揚程）作為節水灌溉所需的工作壓力水頭。當灌區地形坡度較大時，應充分利用有利的自然地形條件發展自壓管道輸水的節水灌溉，它突出的優點就是充分利用自然壓差，形成壓力管道系統即自壓灌溉系統，不需要消耗電能就可解決動力問題，可配套低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等節水灌溉設施，其中自壓滴灌系統所需工作壓力為400 kPa及以上。

自壓灌溉必須同時具備2個條件：一是能夠提供系統工作所需壓力水頭的自然地形條件，自壓灌溉就是利用自然地形落差形成壓力水頭自流灌溉；二是自然地形落差越大形成壓差的管道長度就越短，即水源地（輸水管道入口）與灌區的距離不能太遠，否則會增加投資，從而降低經濟效益。

1 自壓灌溉系統在微灌工程中的運用

1.1 灌區概況

新疆莎車縣0.13萬hm2開心果滴灌工程自壓灌溉系統位于喀喇昆侖山前洪積、沖積傾斜平原，葉爾羌河喀群渠首下游30 km處，靠近喀喇昆侖山出山口,地勢連綿起伏,高低不平，表層耕種土淺薄，約0.50~1m，土層下為砂礫石層，保水性差。地形由北向南傾斜,縱坡約1%，南北長5.10 km，東西寬1.90~2.80 km,灌溉面積0.13萬hm2，距離縣城約65 km，無輸變電設施。葉爾羌河屬冰川融雪補給型河流，多年平均徑流量為77.29億m3。工程水源為葉爾羌河喀群一級電站尾水，電站常年發電，常年有水，水源地距工程區約5.10 km，輸水管道入口地面高程為1387 m，灌區入口最不利地面高程為1337m，地形落差約50m，能夠滿足滴灌系統所需的工作壓力水頭。

1.2 節水工程規劃設計

1.2.1 自壓灌溉系統的組成

自壓灌溉系統包括：水源、首部樞紐（攔污柵、閘門、量水設備、輸水渠或管、沉沙池和壓力池）、輸水管網系統、田間灌溉系統。首部樞紐的作用主要是保證有足夠的水量供應，同時，保證水質清潔，避免管網堵塞。田間灌溉系統選用“支管+毛管”的滴灌系統模式。

1.2.2 管網布置

管網包括總干管、干管、分干管、支管、毛管五級管道。總干管由北向南從灌區內部穿過，總干管兩側分別布置10條干管，將灌區劃分為10個區，每個區管網沿地形順坡成梳式布置。干管位于每個區的最高處，分干管順坡布置在干管南側，支管對稱布置在分干管兩側，毛管沿作物行向布置在支管南北兩側。條田尺寸長500m×寬315m，1個條田有8條支管。支管每條長75 m，毛管順坡向長152.50m，逆坡向長92.50m，每對總長245m，每行作物布1條毛管，毛管間距6m。灌溉系統的控制裝置主要有控制閥、進排氣閥、安全閥、排水閥等。

1.2.3 灌水器

結合砂壤土特征及開心果種植模式（行距6m，株距5m），灌水器選用管上壓力補償式滴頭，3個滴頭安裝于管徑為4mm的PE環狀微管上，單個滴頭額定流量4 L/h，環狀微管繞樹布置，環狀直徑約80 cm，環狀微管用旁通與毛管連接，毛管上每隔5m 1個出水孔。毛管選用外徑20mm，壁厚1.30mm，公稱壓力0.25MPa，滴頭工作壓力10m的滴灌管，滴灌管用三通與支管連接，滴灌管沿種植行布置，間距6m。

1.2.4 水力計算

灌區管網的最大地形落差達80m（輸水總干管入口至總干管末端），為降低工程投資，在允許的運用條件下，為保證管網不出現過大壓力，各級管道能按設計出流。管網水力計算遵循的原則：一是各干管、分干管為續灌，分干管對支管按輪灌組供水。二是為保證正常分水并切斷上下級管段的有壓水力聯系，上下級和管道的連接處，一般均設有分水閥。三是每個條田只允許開啟1條支管運行。四是采取分組輪灌工作制度，水力計算以1個輪灌組為基礎，毛管流量為毛管上的分流孔數與單孔流量的乘積，支管流量為其所控制毛管流量的總和，分干管流量由支管分段逐漸累計得出，主干管流量由分干管逐漸累計得出，總干管流量由各主干管逐漸累計，得出：總干管流量Q總＝1282.80m3/h（0.38m3/s）。

根據水力計算，確定出各級管道的管徑、管材，輸水總干管采用玻璃鋼管，工作壓力0.60MPa，干管、分干管采用UPVC管，工作壓力0.40~0.80MPa，支管、毛管采用PE管，工作壓力0.25 MPa。

1.2.5 運行管理

三分建，七分管。實行統一領導，分級或集中管理。要加強技術培訓，提高管理水平；要明確工作職責和任務，實行滴灌產業化管理；要加強用水管理，按照工作制度適時灌溉。

1.2.5.1 管網運行管理

第一次運行時要對管網進行檢查、試水，保證管道通暢、無漏水、閘閥啟閉靈活、測量儀表盤清晰、閥門井中無積水。灌水時每次開啟一個輪灌組，當一個輪灌組結束時應先開啟下一個輪灌組，再關閉上一個輪灌組，嚴禁先關后開。將系統運行壓力控制在設計壓力以下，保證系統安全。在播種、定苗、除草時不要損壞滴灌帶。灌水季節結束后應對輸水管道進行全面檢查，清除管道內淤泥，排出余水。

1.2.5.2 設備運行管理

當沉沙池積沙達到設計沉沙深度時應及時排沙清淤。每次運行前要對過濾器進行清洗，過濾器進出口壓力超過正常壓力差的20%~30%時要進行反沖洗或清洗，嚴格按過濾器的設計流量與壓力進行操作，不得超壓、超流量運行。施肥灌中注入固體顆粒不得超過施肥罐容積的2/3，并定期清洗施肥罐。每年灌水季節結束后應對設備進行全面檢查，并對設備進行維護保養。

2 自壓灌溉系統的運用效果

結合項目區存在的制約因素，根據自壓灌溉系統的優點，分析自壓灌溉系統在項目區節水灌溉中的運用效果。

2.1 節約水資源

相比于傳統地面灌溉和加壓灌溉，自壓灌溉從水源到田間均采用管道輸水，沿程損失小，水的利用系數很高，可節約水資源。通過分析，自壓管道灌溉與常規地面灌溉和加壓管道灌溉相比可分別節水28%和16%。

2.2 緩解供電壓力，提高農業保證率

莎車縣加壓高效節水灌溉面積達1.33萬hm2，灌溉高峰期搶占工業用電，農業用電保證率低，很多加壓高效節水灌溉系統無法正常運行。因此，工程因地制宜利用自然地形條件發展自壓灌溉系統解決動力問題，來緩解供電壓力，提高農業保證率。

2.3 節約能源，降低運行成本

自壓灌溉系統是利用自然地形落差解決動力問題，每年運行費用低，加壓灌溉系統消耗電能，每年運行費用高（主要為電費）。其中節水灌溉設施尤其是滴灌對灌溉水質要求高，必須設置過濾設施，而過濾設施在工作過程中需對自身進行清洗，一般清洗需工作壓力100 kPa，自壓灌溉系統可為過濾設施提供足夠的壓力水頭，而不必利用外部電源，減少能耗，降低運行成本。

2.4 運行穩定性高

自壓灌溉系統輸水管道埋于地下，不易受外界因素影響，運行穩定性高，可安裝流量計精確配水，減少管理工作量；而加壓灌溉系統易受電力系統容量、線路檢修及其他情況影響，往往不能正常工作，需要專業管理人員隨時待命。

3 自壓灌溉系統存在的問題

工程自壓灌溉系統主要存在問題一是需要建設規模較大的沉沙調節池及前池，占地較大。工程沉沙池采用的是水力定期沖洗式沉沙池，沉沙池及前池占地面積合計4440m2，約0.44 hm2，占地面積很大。二是對節水灌溉設備和管材要求高。輸水總干管為玻璃鋼管，一次性投資較大，約為加壓節水灌溉系統投資的1倍。三是對灌溉管理人員要求較高，管理人員必須掌握自壓灌溉系統運行、維護、安全管理的相關知識和技術，才能保證工程效益的有效發揮，因此必須對管理人員進行嚴格的技術培訓，達標上崗。

4 結語

自壓灌溉系統突出的優點就是節約能源，作為一個大系統，沉砂調節池、骨干輸水管網、田間管網形成一個有機整體，有利于實施自動化控制。

[1]常智偉.自壓管道輸水灌溉技術在自流灌區節水改造設計中的應用[J].山西水利科技,2002,02:71-73.

[2]雷剛.自壓管道灌溉系統在石頭河水庫灌區節水改造中的應用[J].陜西水利,2012,03:153-154.