白銀市農田水利項目低壓管道輸水灌溉工程設計

□文/秦梅

該農田水利項目位于白銀市四龍鎮，主要涉及金山村、梁莊村、雙合村、永豐村等4 個行政村，分別對應4 個片區。金山村、梁莊村、雙合村片控制灌溉面積分別為13.33公頃、13.33公頃和26.64公頃；永豐村片控制灌溉面積20.12 公頃。小麥和玉米是項目區內主要的作物類型。項目區自2002年建成以來，主要采取大水漫灌、渠道輸水等常規灌溉方式，水資源利用效率低，作物產量不高。管理部門于2020 年開始決定改用低壓管道輸水灌溉方式，以徹底逆轉大水漫灌的低效率。

一、低壓管道輸水灌溉工程設計

（一）設計灌溉定額

為提升該農田水利項目對水資源的利用效率，必須在低壓管道輸水灌溉工程設計階段，計算有效灌溉周期內低壓管道灌溉量。灌溉模式的確定通常具有及時性特征，故應結合灌區主要作物類型，確定并適時調整設計灌溉量。此外，不同作物需水量不同，在灌溉制度確定時應選擇最大灌溉量定額［1］。具體計算公式如下：

（1）m=667H（β1-β2）/η

式中：m～農田水利項目灌溉定額；H～灌溉后田間浸潤深度預測值，根據主要作物類型在0.2～1 米之間取值；β1～農田灌溉量上限；β2～農田灌溉量下限；η～農田土壤密度。將上式和農田水利項目有效灌溉周期對接后便可得出灌溉周期內低壓輸水管道灌溉量［2］，公式如下：

（2）TL=m/Ep×Ts

式中：TL～有效灌溉周期內低壓輸水管道灌溉量；Ep～農田需水量最大值；Ts～設計灌溉周期；其余參數含義同前。

出于管理方便和集中供水方面的考慮，該項目采用干支管續灌的低壓管道灌溉方式。結合該農田水利項目灌溉節水技術相關資料以及當地自然條件、灌溉設施現狀、供水保證條件，灌溉定額取65 立方米/秒。而灌溉延續時間主要根據灌區面積、作物種類、農業生產計劃等綜合確定，灌溉延續時間7 天，低壓輸水管道灌溉系統每日運行24 小時。將相關參數代入式（1）和（2）得出，該農田水利項目金山村片、梁莊村片、雙合村片、永豐村片設計灌溉流量分別為84.89 立方米/小時、142.69 立方米/小時、121.03 立方米/小時、342.09 立方米/小時。該項目4 個片區共包括22 條支管，支管最長達到1020 米，各支管所控制的出水口個數在2～13 個之間，所確定的支管流量在1.4～40.5立方米/小時之間。

（二）管徑及管材

按照《管道輸水灌溉工程技術規范（GB/T 20203～2017）》所規定的管徑確定方法，應當結合經濟流速進行管段直徑計算，公式如下：

（3）D=18.8×（Q/V）0.5

式中：D～農田低壓輸水管道直徑；Q～管道流量；V～管道經濟流速，PVC-U 塑料管、PVC 管、PE 管分別按照1.2米/秒、1.1米/秒及1.0米/秒取值。

關于低壓輸水管道管材的選擇，主要提出PVC-U 塑料管、PVC 管、PE 管等幾種材質，具體比較見表1。經過對材料性能、施工便捷性等的綜合比較，該農田水利工程最終選用性能優異、使用壽命長的PVC-U塑料管。

表1 農田水利項目低壓輸水管道管材比選

（三）沿程水頭損失

該農田水利項目低壓輸水管道沿程管路水頭損失按照下式確定：

（4）hf=0.948×105LQ1.774/d4.774

式中：hf～輸水管道沿程水頭損失；L～輸水管道設計長度；d～輸水管道管徑；其余參數含義同前。

為保證計算結果的可靠性，輸水管道沿程水頭損失應逐段計算，沿程水頭損失的10%即為局部水頭損失；出水口工作水頭、沿程水頭損失及豎管設計高度之和為輸水管道末端所需壓力［3］，該農田水利工程末端出水口工作水頭取1.5 米。鑒于表格較長，此處僅列出白銀市金山村片輸水管路水頭損失計算結果，金山村片輸水管路中支管6 所處位置最遠，總水頭損失最大，屬于最不利供水節點；該支管末端地面實際高程43.31 米，考慮末端總水頭損失后的出水口工作水頭為51.81 米，取水管高程不滿足正常輸水要求，必須加壓。

該農田水利項目其余片區支管也存在與金山村片支管6 類似的問題，為控制輸水管路末端總水頭損失，取得較好的輸水效果，均須加壓。

二、運行效果

根據對該農田水利項目低壓管道輸水灌溉系統運行效果的分析看出，項目低壓管道輸水過程中蒸發及滲漏損失大大減小，灌溉水利用效率明顯提升，與原土渠和防滲渠道相比，可節約水量30%和5%。低壓管道輸水灌溉系統埋設在地下，可比明渠灌溉方式節省耕地占用2%～5%，田間建筑物大大減少，運行及管理過程實現了系統化和規范化，輸水時間和輪灌期縮短，灌溉效率明顯提升，也為增產增收提供了保證。

此外，低壓管道輸水系統屬于有壓供水，對于陡坡、溝坎、彎道、跨路等多種地形均普遍適用；灌溉設備及技術簡單，水量易于計量和控制，管護方便，也為農田水利工程機械化、自動化生產提供了便捷條件。將輸水管道埋設在地下，塑料管不易老化和破損，使用壽命可延長至50年。

三、結論

該農田水利項目低壓管道灌溉工程實施后，灌溉水利用系數從原來的0.46 提升至0.71 左右，灌溉水節約效果十分可觀，新增節水能力轉用于項目區內灌溉面積的恢復和改善，中低產農田產量得以提升；項目的實施也為管理機構按實際用水量征收水費提供了可能，灌水秩序明顯改善，農業生產者水費負擔也進一步降低。