井灌區低壓管道布置及關鍵參數選擇

劉文華

（劉莊引黃灌區管理處，山東 菏澤 274000）

井灌區低壓管道布置及關鍵參數選擇

劉文華

（劉莊引黃灌區管理處，山東 菏澤 274000）

結合菏澤市井灌區低壓管道灌溉系統應用的成功經驗，分析了低壓管道系統的工程形式、主要參數設計、管材、管道布置等關鍵內容的選擇，為指導類似工程規劃設計提供借鑒。

菏澤市；井灌區；低壓管道；系統布置

山東省井灌區面積較大，而菏澤市由于水資源分布不均，農業生產多采用井灌方式。近年來，由于地方農業結構的不斷優化，農業對灌溉用水需求量日益增多，傳統土渠、大水漫灌方式已經不滿足當前農業發展的需求。為此，菏澤市大力發展節水高效灌溉模式，采用低壓管道與溝灌、畦灌相結合的方式，極大地推動了當地農業的發展。

1 輸水工程形式及關鍵技術參數

1.1 工程形式

按照低壓管道的固定方式，工程形式可分為管渠結合式、移動式、半固定式以及固定式。

1）固定式管道系統中所有管道與分水設施均需要埋入地下，而系統的給水栓與分水口則需要直接倒帶農田溝、畦。

2）半固定式系統的機井水泵、主干管道與給水栓是固定的，而進入田間則采用地面軟管。地面軟管可根據需要進行移動，但在灌水過程中需要提前在地下埋入固定管道，各固定管道出水口再通過移動軟管送入指定位置進行灌溉。

3）移動式管道輸水系統中，配水源一般保持固定，而水泵、地面管道可根據需求進行移動調整。這種工程形式靈活性較強，投資相對較小，但移動較麻煩，且管道容易損壞。

4）管渠結合式與半固定式系統有很大的相同之處，其差異表現在管渠結合式不需要地面軟管進行配水，而是通過田間毛渠來配水。

分析可知，如井灌區以農業生產為主，因此，低壓管道輸水灌溉形式可選擇半固定式與管渠相結合的形式。而農業作物如以經濟作物為主，則應選擇固定式管道輸水。

1.2 主要參數設計

井灌區低壓管道灌溉系統設計需要考慮3個方面因素，即灌溉保證率、灌水周期和灌溉溝、畦長度。菏澤市地區種植農作物主要為旱作物，灌溉設計保證率一般保持在50%～75%，上限為80%，經濟作物可視情況適當增加。旱作物的灌水定額控制在225～450 m3/hm2，根據農作物生長規律，確定適宜的灌水周期，一般取7～15 d，管網設計灌水周期為7 d。為盡可能提高灌溉水利用率，保證灌溉的均勻，灌溉采用小畦灌溉，視土壤透水性確定溝、畦長度。灌區土壤透水性越強，畦長越短，一般采用30～40 m、40～60 m、50～80 m三個標準，上限不超過100 m。

2 管道系統設計

2.1 管材比選分析

現階段，管灌工程所應用的管材主要有2種，即塑料管材和水泥制品管材。單從工程造價方面考慮，如管徑不超過250～300 mm，塑料管材的價格要低于水泥制品管材；而隨著管徑的增加，使用水泥制品管材的成本將下降，因此在管徑大于250～300 mm時，宜采用水泥制品管材。如從施工難易角度分析，塑料管材運輸方便、安裝簡易，質量有保障，而水泥制品管材在運輸、安裝方面要求較高。同時，塑料管材能夠適應復雜的地形條件，具有較強的適應能力。地區單井出水量一般不超過100 m3/h，所需管徑不超過250 mm，因此管材宜采用塑料，如薄壁聚氯乙烯管材、雙壁波紋管和低密度聚乙烯軟管。

2.2 管徑的選擇

當單個機井的出水量不超過40 m3/h時，管道系統的干管、支管均可采用Φ110 mm的管材，這也能夠在一定程度上降低管道流體阻力。而當單井出水流量大于40 m3/h時，管道系統應相應地增加同時工作的支管數，支管規格仍選擇Φ100 mm，而由于出水量的增加，干管需要提高一個規格，選擇Φ140 mm或Φ160 mm管。據相關資料統計顯示，本地區單井出水量一般在80 m3/h，所以干管直徑上限為Φ160 mm。綜上分析可得，一般情況下，井灌區干支管可選擇Φ110 mm的同徑管，如管道流量較大或者管道系統線路過長，可適當增加干管規格，選擇Φ140 mm或Φ160 mm管材。

2.3 管道系統布置

在確定低壓管道系統時，應綜合考慮井灌區地形特點、水源位置以及水量特性、農業結構等條件，以最低的經濟投入，達到最大的經濟效果。管線布設中應力求最短的管線控制最大的灌溉面積，應保證管線的平順，減少不必要的拐彎和起伏情況。菏澤市灌溉農田面積普遍較小，宜選擇兩級管道進田的方式。對于小面積的狹長地塊，也可以選擇一級管道進田。

3 其他參數設計

3.1 末級固定管道與出水口間距

末級固定管道與田間灌水溝布置方式一般有2種，即平行式和垂直式。采用平行布置方式時，如選擇雙向分水，出水口間距應保持在溝(畦)長度的2倍左右，單向分水時應與溝（畦）等長。采用垂直布置方式時，如選擇雙向澆地，末級固定管道間距應保持在溝（畦）長度的2倍左右，單向澆地時應與溝（畦）等長。根據菏澤市成功實施經驗，末級固定管道與出水口間距均宜保持在50～100 m，單個出水口控制面積保持在0.27～0.60 hm2，固定管道布設密度控制在90～150 m/hm2。

3.2 出水口或給水栓

出水口或給水栓主要為鐵鑄件，形式有絲蓋型、球閥型和螺桿壓蓋型3種。絲蓋型出水口應用最為普遍，其結構較為簡單，成本相對較低，能夠實現向各個方向送水，缺點是灌水流量不能進行調節。球閥型出水口結構包含上下兩個部分，結構復雜，能夠任意旋轉出水口，但不便于拆裝，且造價較高。螺桿壓蓋型出水口比較耐用，啟閉靈活，流量可控，但成本偏高。具體采用哪種出水口，需綜合考慮灌溉任務、經濟條件等內容。

3.3 工作水頭

低壓管道系統工作水頭需經過嚴格的水力計算，而根據菏澤市井灌區低壓管道成功實施經驗，得到一般井灌區管道工作水頭參數，如表1所示。

表1 一般井灌區管道工程工作水頭 m

3.4 水泵

井灌區機井多抽采淺層地下水，地區動水埋深普遍較淺，機井出水量約在40～60 m3/h。因此，水泵總揚程應控制在15～20 m，才能保證低壓管道系統的正常輸水。為保證井灌區輸水的平穩性，水泵泵型多選擇離心泵，其工作效率較為平穩，且安裝、運行非常靈活，能夠適應低壓管道輸水系統的需求。

4 結語

井灌區低壓管道輸水工程能夠大大提高灌溉水利用率，保證農業生產產能，尤其對于像菏澤市水資源匱乏的地區。通過總結菏澤市景觀區低壓管道灌溉系統的成功經驗，可為類似工程提供借鑒。

[1] 吳文榮,丁培峰,忻龍祚,等.我國節水灌溉技術的現狀及發展趨勢[J].節水灌溉,2008,(4)：50-52.

[2] 張艷紅.論提高井灌區低壓管道輸水灌溉用水效率 [J].水利規劃與設計,2005,S1：33-36.

[3] 王文平.低壓管道輸水節水灌溉技術在石頭河灌區的運用[J].水利與建筑工程學報,2011,03：156-159.

（責任編輯崔春梅）

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B

1009-6159（2017）-05-0036-02

2016-12-13

劉文華（1970—），男，工程師