寧津縣小型農田水利井灌區低壓管道灌溉工程設計淺析

【摘要】寧津縣處于引黃最下游，水資源極為缺乏，農業灌溉用水在很大程度上要依靠節水予以解決。近年來，我縣大力開展小型農田水利重點縣工程建設，在全縣北部井灌區大力發展低壓管道輸水灌溉工程，從根本上改變了傳統的土渠輸水的灌溉方式，大大提高了水的利用率，節水效率達30%左右，比傳統土渠節水20%左右。筆者結合近年來從事管道輸水灌溉工程設計的實踐，談談自己的幾點體會。

【關鍵詞】小型農田水利；井灌區；管道灌溉；設計體會

寧津縣處于德州市引黃最下游，水資源極為緊缺，這就決定了我縣的農業用水只能走節水的路子。由于我縣農田灌溉用水量占農業用水量的90%左右，而水資源又嚴重的不足，所以我們因地制宜，大力發展以機井為水源的低壓管道輸水灌溉，有效地提高了水的利用率，極大地促進了農業增產農民增收。自2009年以來，寧津縣以開展小型農田水利重點縣工程建設為契機，大力發展管道節水灌溉工程，取得了突出的成效。

1、低壓管道灌溉工程類型的確定

低壓管道輸水灌溉工程類型按輸配水方式分加壓輸水、自壓輸水；按管網布置形式分為樹狀管網和環形管網；按工作方式分為移動式、固定式；按結構形式分為開敞式、封閉式。

我縣農田低壓管道輸水設計采用固定樹狀加壓輸水方式，原因闡述如下：

我縣處于魯北平原區，農田灌溉靠自流無法實現，只能采用加壓輸水。如果采用自壓輸水，必須采用蓄水池進行調蓄，意即由水泵提水經管道輸水至高位蓄水池，然后再由蓄水池通過管道自壓向田間供水。這種灌溉方式特別適用于地形起伏比較大的山丘地區，可以充分利用自然地勢建造蓄水池實現自流灌溉。而在地勢極為平坦的北方平原地區采用這種輸水方式需要增加蓄水池建設投資，不經濟且不利于管理。

考慮到現代農業機械化耕作條件，結合當時當地農村的實際環境情況，采用固定式管道輸水灌溉較為合理。固定式輸水方式比移動方式勞動強度低，用工少，灌水均勻，雖然一次性投資大，但從長遠角度看，還是切實可行的。移動式管道輸水方式全部采用輸水軟管，單位面積投資少，但它勞動強度高，運行時需要的勞動力比固定式多2～3倍，灌水時需要經常來回移動輸水軟管，且軟管比固定式地埋PVC-U管不耐用，易破損，壽命僅1～2年，在農作物生長后期，在高桿作物田間移動軟管時困難較大，所以從技術經濟角度看，采用地埋管輸水較為合理。

在結構形式上，我們采用封閉式管道輸水方式。由于我縣處于北方地區，結合當地農村環境，不利于采用開敞式管道輸水，這種方式需要建設調壓井，考慮到農業機械作業和管護的實際情況，不適宜采用這種方式。

2、管網的布置形式及管道安裝設計

2.1管網布置形式的確定

我縣地處魯北平原區，地形起伏不大，地勢平坦，易于按照地埋管網進行封閉布置設計。其布置形式宜根據目前農作物種植習慣和畦田尺寸、給水栓間距來確定。結合我縣農作物種植實際情況，采用樹狀形式布置地埋管網。即水流從干管流經支管，從上游流向末端，只分流無匯流。這種布置方式較有利于進行管網的水力計算，也非常切合目前農村灌溉的實際情況，所以采用這種樹狀管網進行地埋設計。根據近年來我縣低壓輸水管道灌溉設計的經驗，管網布置時主要依據機井井位來確定管網的布置形式。

我縣目前采用的樹狀管網布置主要包括以下幾種形式：

2.1.1當機井位于路邊時，適宜采用“T”形、“L”形或“圭”字形。

2.1.2當機井位于地塊中央時，適宜采用 “H”形。

2.2管道安裝設計

2.2.1管材選取

低壓輸水管道灌溉用管材的選取應充分考慮技術要求和經濟要求，選擇符合設計工作壓力、耐土壤腐蝕、管道連接方便可靠、移動輕便且地埋管道能夠承受一定的沉陷壓力、易于運輸、使用年限長久、建后管理方便及維護費用低的塑料硬管即硬聚氯乙烯（PVC-U）管材作為地埋管材。這種管材具有質量輕、易搬運、內壁光滑、輸水阻力小、耐腐蝕和施工安裝方便等優點，在我縣的低壓管道輸水灌溉工程中廣泛應用。由于管材埋于地下，可以減緩其老化程度，埋于地下的管道，其使用壽命可達20年以上，并能適應一定的不均勻沉降。地埋管道的工作壓力我們采用0.4MPa。

2.2.2給水裝置

低壓輸水灌溉管網給水裝置包括三通、立管、給水栓（出水口）。我們一般選用固定式給水 裝置。將其栓體露出地面以上，灌溉時用特用扳手將閥門打開，灌溉完畢后卸下扳手。栓體以圓形預制混凝土管進行保護。

在進行低壓輸水管道布設時，我們按照因地制宜的思路進行，同時考慮到北方平原區冬季多年凍土深度，根據《凍土地區建筑地基基礎設計規范》，我縣凍土深度小于0.6m，但考慮到安全越冬和工程耐久性，在進行低壓管道輸水灌溉工程設計時，地埋管道宜在凍土層以下工作，且埋深不小于70cm，為安全起見，我們采用管道埋深100cm。

3、管道的連接

針對硬塑料管材（PVC-U），我們采用較廣泛使用的膠結黏合式承插連接法。這種方法簡便、實用、黏結牢固。它是通過在承口端內壁和插頭端外壁涂抹黏合材料承插連接管段，這種連接接頭密封壓力較高。

在這里必須對連接后管段的接頭安裝方向進行設計要求：對于黏結完成的管段進行安裝時，必須使其承口方向與水流方向相反，而使插口方向與水流流向一致。這樣要求是為了防止水流長期沖擊管壁，易于發生凍脹開裂，最后導致接頭斷開。目前很多井灌區的機井配套管網設計沒有提出這一要求，給灌溉運行管理造成不必要的安全隱患。

綜上所述，低壓管道輸水灌溉技術是我縣乃至魯北地區最廣泛應用的節水灌溉技術措施之一，田間渠系輸水改用低壓管道輸水以后，可以極大地提高輸水效率，有效地減少田間渠系輸水過程中的滲漏損失，據測算，井灌區管道系統水利用系數達到0.95以上，比土渠節水30%左右，比土渠輸水灌溉節能20%～30%，具有顯著的節水、節能、節地、省工等效益。

參考文獻：

1.水利部農村水利司《低壓管道輸水灌溉工程技術》（黃河水利出版社）；

2.杜貞棟等編《農業綜合節水技術》（黃河水利出版社）；

3.凍土地區建筑地基基礎設計規范。