東平縣自壓管道節水灌溉工程模式探討

楊周偉，張峰，李萍

（1.東平縣水利建筑安裝公司，山東東平271500；2.沂水縣水利局，山東沂水276400；3.東明縣水務局，山東東明274500）

東平縣自壓管道節水灌溉工程模式探討

楊周偉1，張峰2，李萍3

（1.東平縣水利建筑安裝公司，山東東平271500；2.沂水縣水利局，山東沂水276400；3.東明縣水務局，山東東明274500）

針對東平縣灌區水利工程現狀，總結了灌區灌溉中存在的問題，提出了自壓管道節水灌溉的工程模式，并分析了該模式特點及規劃設計、運行管護中的關鍵技術，通過2010—2016年小農水重點縣項目的工程應用，實現了省地、省水、節能、增產的目的。

東平縣；節水灌溉；自壓；管道灌溉；工程模式

東平縣現有中小型灌區51處，有效灌溉面積4萬hm2，其中設計流量1.0 m3/s以上渠道646.4 km，設計流量1.0 m3/s以下渠道969.5 km，渠道配套建筑物3 574座。由于中、小型灌區多建于上世紀60年代，灌區渠道建設標準低、防滲率低，渠系配套不完善、覆蓋率低。渠系年久失修，坍塌、老化、淤積等現象嚴重，導致灌溉水利用率低，水資源得不到充分利用，有效灌溉面積逐年下降。在用水高峰時，灌區上游用水下游旱的現象年年存在，水事糾紛經常發生，灌溉供水很不安全。

自2010—2016年小農水重點縣項目實施以來，東平縣開展了渠道輸水管道化，充分利用地形自然落差，大力推廣自壓管道節水灌溉工程模式，真正實現灌區的節水灌溉。

1　自壓管道節水灌溉模式及特點

自壓管道輸水灌溉工程一般適用于山地丘陵等地形起伏較大的灌區。管道輸水較渠道輸水多采用地埋方式，減少耕地占用；減少了輸水過程中的滲漏與蒸發損失，提高了輸水效率；縮短灌溉周期，改善田間灌溉條件，能夠及時有效地滿足作物生長期需水要求。

自壓管道節水灌溉系統包括水源、首部樞紐（攔污柵、閘門、量水設備、輸水渠或管、沉沙池和減壓池等）、輸水管網系統、田間灌溉系統。它的基本特點：①控制灌溉面積大，供水流量大；②地面坡降大，自壓水頭變化大；③地形復雜，管網規劃布局難度大。

1.1田間灌溉形式的選擇

自壓管道灌溉遵循高水高用、低水低用的原則，突出特點就是充分利用自然高差，形成壓力管道系統，不需要消耗能量就可與溝（畦）灌、噴、滴灌等田間節水灌溉設施相配套。對于水源與農田高差小于15 m的區域多采用溝（畦）灌溉模式，灌溉的作物主要是大田糧食和果樹、蔬菜、花卉、苗圃等經濟作物；對于丘陵及山區，隨著地塊高程降低，水頭壓力升高，依次可采用自壓滴灌、自壓微噴、自壓噴灌等節水灌溉措施。落差大于30 m的區域可考慮自壓噴灌工程，噴灌作物主要為大田作物和露地蔬菜、苗圃等經濟作物；落差在15～20 m的區域可采用自壓滴灌工程，滴灌的作物主要是果樹及露地蔬菜、花卉、苗圃等經濟作物，也可考慮用于大田滴灌；落差在20～30 m之間的區域可采取自壓微噴，微噴灌的作物主要是果樹、蔬菜、花卉、苗圃等經濟作物。

1.2管網規劃布局

山地丘陵區自壓管道節水灌溉工程管網系統的規劃布置不同于平原灌區，具有其特殊性。對于山地丘陵灌區，要充分利用地形高差，力求管道總長度短、管線平直，減少折點和起伏。干管應垂直等高線布置，保證支管供水壓力；支管平行等高線布置，保證各出水口壓力的一致性和穩定性。管道間距根據地形、地塊確定，距離不等。由于山丘區地形起伏較大，地塊大多不平整，一般出水口只向一個方向灌水，田間出水口間距50 m左右。

1.3管網水力計算

設計流量是初選管徑的依據，其值為灌水高峰期所需流量。灌溉系統設計流量與灌區內作物組成、種植比例、灌水定額、灌溉水利用系數、作物田間最大日耗水量、日灌水時數等參數有關，這些資料有的可根據當地灌溉試驗資料確定，有的根據灌溉系統的規劃情況來確定，但必須滿足節水灌溉技術規范要求。一般干、分干管采用續灌，支管采用輪灌，一個出水口設計流量在30 m3/h左右，每條支管最多同時開啟兩個出水口。

自壓管道輸水灌溉系統根據設計流量、管網入口壓力，選擇適宜的流速計算確定管徑，管道沿程和局部水損按規范要求計算，然后計算各節點壓力，并在實測的縱斷面上繪制管道中心線及工作壓力線，實現對管網壓力的校核。

1.4附屬構筑物設計

丘陵區自壓管道輸水灌溉設計中，進水池、調壓池水位的確定是設計中的一個重要環節。如水位或位置高程定得過低，則不能滿足較高田塊灌溉水壓的要求；確定得過高，則增加了管道的工作壓力和工程投資，還給運行管理帶來不便，降低了系統的安全可靠性。通常采用的方法是從灌區內距進水池或調壓池較遠，地面較高的田塊開始，由末級管道向取水口逐級推算。

丘陵區自壓管道節水灌溉系統的特點是管網壓力分布復雜，具有不均勻性和不穩定性。當管道的壓力超過管材的承壓能力時，為保證管網系統的安全運行，規劃設計時要通過改變管徑、設節制閘、調壓池或調整管道坡降等措施來消除部分壓力，使管網系統的壓力均衡，保證灌溉系統出水量均勻。

因泥沙淤積及進水口水流摻氣等問題的存在，進水口需設沉沙池；管道系統中需設排泥閥、排氣閥等防護裝置；由于單個出水口流量大，在水壓和流速不穩定的出水口處應設防沖措施。

2　運行管理

自壓管道節水灌溉系統的運行管護非常關鍵。灌溉前，將計劃灌溉的輪灌組的閘門、出水口等打開，然后緩慢打開干管進水閘；灌溉結束后，先將干管進水閘關閉，打開泄水閥將管道內存水放空后關閉出水口。灌溉過程中嚴禁突然關閉干管閘門，防止管內的靜水壓力超過管道運行壓力而產生破壞。

管道的壓力通常受靜水壓力控制，防止產生水擊壓力對于自壓管灌系統是非常重要的，其操作注意事項：操作運行時緩慢啟閉閥門，延長閥門啟閉時間，從而避免產生直接水擊，并可降低間接水擊壓力；由于水擊壓力與管內流速成正比，因此在設計中應控制管內流速不超過最大流速限制范圍；由于水擊壓力與管道長度成正比，因此在設計中可隔一定距離設置具有自由水面的調壓井或安裝安全閥和進排氣閥，以縮短管道長度，消減水擊壓力。

3　應用效果及推廣前景

山丘區自壓管道節水灌溉充分利用地形落差，降低了運行管理成本；經初步測算管道灌溉水利用系數0.9，田間水利用系數0.9，灌溉水利用系數達到0.8，大大節省有限的水資源。自壓管道節水灌溉真正實現輸水快、省地、省水、節能、增產等目標。

山丘灌區發展自壓管道節水灌溉模式是建設節水型農業、節約型社會的重要技術措施之一，具有廣闊的推廣應用前景。東平縣現有渠道灌溉面積2.4萬hm2，如果全面實施自壓管道節水灌溉技術，不僅能有效緩解區域水資源供需矛盾，灌溉保證率進一步提高，而且促進產業結構進一步調整優化，增加高效作物種植面積，為灌區向高產、優質、高效農業發展提供可靠保障。

［1］鄭淑榮等，陽武河灌區自壓管道輸水灌溉工程設計經驗［J］.山西水利科技，2002，05.

［2］郎新珠，高佩玲，劉現偉.山東省節水灌溉動態變化研究［J］.節水灌溉，2010，01：61－63.

（責任編輯遲明春）

S274

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1009-6159（2016）-09-0020-02

2016-05-20

楊周偉（1971—），男，工程師