低壓管道輸水灌溉技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水改造中的應(yīng)用

　　摘　要：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對水資源需求量較大，推動農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)發(fā)展對促進我國可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。基于此，本文將著重探討灌區(qū)節(jié)水改造過程中低壓管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用方式，僅供參考。

　　本文源自王紅英， 南方農(nóng)機 發(fā)表時間：2021-04-14《南方農(nóng)機》(雙月刊)創(chuàng)刊于1970年，由江西省農(nóng)業(yè)機械研究所、江西省農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站、江西省農(nóng)業(yè)機械學(xué)會主辦。本刊是國內(nèi)外公開發(fā)行，頗有南方特色的農(nóng)機化技術(shù)刊物，以全面推介南方適用農(nóng)業(yè)機械，大力普及實用農(nóng)機科技為宗旨，謁誠為廣大農(nóng)村機手、農(nóng)機生產(chǎn)和銷售企業(yè)、基層農(nóng)機工作者、農(nóng)機科技人員服務(wù)。主要讀者群為南方15省市各級農(nóng)機工作者及廣大農(nóng)林機手、拖拉機駕駛員。涵蓋面廣、發(fā)行量大，是貴單位宣傳企業(yè)形象、擴大知名度、特別是產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場、擴大市場份額的最佳媒體。

　　關(guān)鍵詞：低壓管道;輸水灌溉技術(shù);節(jié)水改造;設(shè)計應(yīng)用

　　當前，我國應(yīng)用較為廣泛的低壓管道輸水灌溉技術(shù)主要是采用低壓機泵等設(shè)備或是利用地勢條件進行引水灌溉，在此過程中，整個壓力應(yīng)保持在 0.4MPa以下。根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，相較于傳統(tǒng)灌溉技術(shù)，管網(wǎng)輸水技術(shù)水資源節(jié)約率達到傳統(tǒng)灌溉技術(shù)的 3倍以上，水資源利用率也遠超于傳統(tǒng)技術(shù)，達到 90%。此外，由于灌溉管網(wǎng)需要深埋地下，耕地面積也可以得到一定程度提升。因此，采用管網(wǎng)灌溉技術(shù)可以有效推動我國農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展，同時也是未來發(fā)展的必然趨勢。

　　1　低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)概述

　　相較于傳統(tǒng)明渠灌溉，低壓管網(wǎng)灌溉系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中主要利用低耐壓管道配合耗能較低的機泵或是利用地勢特點進行引水實現(xiàn)灌溉農(nóng)田目的。通常情況下，低壓管網(wǎng)灌溉系統(tǒng)主要由水源、渠首、干渠、泵房、支渠、前池 (攔污柵)、輸水管網(wǎng)系統(tǒng)和田間灌溉系統(tǒng)等幾個部分組成[1]。該技術(shù)主要優(yōu)勢在于利用地勢特點或是低耗能機泵形成的壓力差完成引水作業(yè)，有效降低能源消耗量，同時也可以有效節(jié)約人力、物力資源，管道內(nèi)部不易堵塞，維護工作量得以有效降低。

　　該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中，重點環(huán)節(jié)主要包括水源及取水工程、輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)、田間灌溉系統(tǒng)等幾個主要部分。水源及取水工程建設(shè)要點在于水源方面應(yīng)注意選擇泥沙、雜草等異物較少的水域作為灌溉水源，避免引水過程中吸入異物導(dǎo)致管道堵塞。取水工程建設(shè)過程中需要技術(shù)人員在充分考慮灌溉用水量、揚程大小等多方面問題的基礎(chǔ)上選擇相應(yīng)的壓力表、動力機等配套設(shè)施，在井灌區(qū)建設(shè)過程中需要重點注意該環(huán)節(jié);輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)主要包括各類管道、分水設(shè)施、相關(guān)保護裝置及其他附屬設(shè)施，共同構(gòu)成整個灌溉管網(wǎng)，以實現(xiàn)灌溉目的;田間灌溉系統(tǒng)主要指灌溉管網(wǎng)出水口以下的農(nóng)田部分，但是在實際設(shè)計應(yīng)用過程中，技術(shù)人員仍將其歸為地面灌水系統(tǒng)。該系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中主要采用地面節(jié)水灌溉技術(shù)以實現(xiàn)均勻灌溉并降低灌水定額目的，最終實現(xiàn)兼顧農(nóng)田灌溉與節(jié)水雙重目標[2]。

　　2　低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)計要點

　　2.1 取水工程設(shè)計要點

　　當前階段，我國管網(wǎng)灌溉系統(tǒng)中取水工程設(shè)計主要包含三級干渠中的部分分水閘與節(jié)制閘，通常情況下，該部分主要設(shè)置在三級干渠 30km左右范圍內(nèi)，并根據(jù)灌區(qū)實際需求對具體布局進行相應(yīng)調(diào)整，以滿足農(nóng)田實際灌溉需求。

　　2.2 渠首工程設(shè)計要點

　　渠首工程主要包括引水渠與沉砂池等兩個主要部分。引水渠是連接沉砂池與節(jié)制閘的主要紐帶，通常情況下該部分主要被設(shè)計為矩形斷面，以 C20混凝土澆筑完成，深度范圍保持在 1.5m以下，根據(jù)實際情況進行調(diào)整。沉砂池在實際設(shè)計過程中主要以開敞式矩形單箱為主要規(guī)格，采用 C20混凝土進行澆筑。此外，為實現(xiàn)提升沉砂池結(jié)構(gòu)強度的目的，在設(shè)計過程中還融入擋土墻結(jié)構(gòu)。沉砂池與引水渠之間存在一段長度范圍在 3m左右的漸變段作為連接二者的主要通道。在設(shè)計沉砂池過程中，設(shè)計人員應(yīng)注意在其右側(cè)設(shè)計相應(yīng)集水坑。實際應(yīng)用過程中應(yīng)注意及時清理沉砂池底部的淤沙[3]。

　　2.3 管道工程設(shè)計要點

　　2.3.1灌溉管網(wǎng)管水定額及流量計算

　　管水定額是低壓灌溉管網(wǎng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，需要技術(shù)人員在實際工作過程中采用科學(xué)的方法及灌溉實際需求確定最大灌水量數(shù)值，以實現(xiàn)節(jié)水目的，同時避免過量灌溉影響作物成活率。考慮到不同灌區(qū)作物種類不同，對灌溉量的需求存在明顯差異，因此，在實際設(shè)計管水定額時需要根據(jù)公式(1)進行定額計算。

　　在公式( 1)中，M 主要表示灌區(qū)實際所需管水定額(m3 /667m2 );r表示灌區(qū)土層中土壤干容量，通常情況下 r的確定值為 15N/m3 ;H表示灌溉區(qū)計劃濕潤層深度;β1主要表示灌溉渠含水量最低限度，在確定該數(shù)值時主要以 65%的田間持水量作為主要標準;β則表示田間持水量，通常設(shè)定值為 25%。設(shè)計人員在實際計算灌水定額時需要將各數(shù)值代入公式中并得出相應(yīng)結(jié)果作為后續(xù)工程設(shè)計的主要標準。

　　在完成管水定額計算工作后，技術(shù)人員還需對管網(wǎng)設(shè)研究 計流量進行計算，該環(huán)節(jié)主要采用公式(2)進行。

　　在公式(2)中，m表示灌水定額，依據(jù)公式(1)計算結(jié)果確定數(shù)值;A表示灌溉區(qū)總面積;n表示灌溉水利用系數(shù)，通常情況下，低壓管道該數(shù)值為 0.8;T表示灌溉系統(tǒng)工作時間;t表示灌溉系統(tǒng)灌水周期。技術(shù)人員需要將具體數(shù)值帶入公式中計算得出Q的設(shè)定值。

　　2.3.2干管部分

　　干管一般情況下選擇當?shù)毓こ坍斨惺褂玫姆浅６唷惭b很方便而且價格相對低廉的承插式鋼筋混凝土型預(yù)制管，此種鋼管能夠很好地節(jié)省整體投資，在相應(yīng)的計算之后，能夠清晰地發(fā)現(xiàn)灌區(qū)的設(shè)計流量一般情況下是 0.6m3 /s，流量損失情況主要依據(jù)公式(3)進行計算。

　　在公式(3)中，f表示干管摩阻系數(shù);Q表示干管每小時出水量;d表示鋼管直徑。

　　2.3.3管道壓力計算及水泵選擇

　　1)針對低壓輸水管道壓力方面的計算主要包含沿程水頭損失、局部水頭損失及首部壓力水頭損失三個部分。

　　沿程水頭損失是指在一定長度的管道內(nèi)，水流在流動過程中產(chǎn)生的壓力水頭損失。針對此指標的計算主要利用公式(4)。

　　在公式(4)中，h 沿表示水流沿程阻力損失，單位為 m; L表示所計算管道長度，單位為 m;dn 表示所計算管道內(nèi)徑，單位為 mm;Qm表示所計算管道流量，單位為 m3 /h;m與n分別表示管道流量指數(shù)與管徑指數(shù)。

　　局部水頭損失是指水流在管道內(nèi)部流動時，在經(jīng)過三通、閘門等不通管道時產(chǎn)生的壓力水頭損失。對此指標的計算主要利用公式(5)。

　　在公式(5)中，h 局表示局部水頭損失;v表示所計算管道平均流速，單位為 m/s;g 表示重力加速度;ε 表示局部水頭損失系數(shù)。將所計算管道內(nèi)，所有三通、閘門等部分的水頭損失相加即可得出所計算管道總水頭損失，通常情況下，技術(shù)人員工作中會取沿程水頭損失的 10%～15%計算局部水頭損失。

　　對首部水頭損失進行計算需要首先選取整個灌溉系統(tǒng)中最難灌溉的點作為基礎(chǔ)，隨后將管路內(nèi)水頭損失進行相加運算，逐步向上推算即可得出首部樞紐運行所需壓力水頭值。對此指標的計算可通過公式(6)完成。

　　在公式(6)中，H 首表示管道首部需提供的供水水頭; h沿表示管道沿程局部水頭損失;h局表示管道局部水頭損失; H 灌表示管道灌水給水口工作水頭;Δ表示典型點高程及樞紐洪水點高差。

　　2)在低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)中，工作人員還需對水泵進行科學(xué)選擇，在計算水泵楊程的基礎(chǔ)上選擇合適的水泵設(shè)備。為此，工作人員可以通過利用公式(7)對水泵揚程進行計算。

　　在公式(7)中，H 首即為在灌輸管道系統(tǒng)中，首部樞紐運行所需的工作水頭;H 井為管道系統(tǒng)水源的水位或是機井動水位;H 泵損為灌輸系統(tǒng)水泵沿程及局部水頭損失總和; H泵為設(shè)計灌輸管道系統(tǒng)水泵所需揚程。

　　2.4 田間灌溉工程設(shè)計要點

　　當前階段，田間灌溉工程應(yīng)用較為廣泛的模式主要包括小管式出流灌溉及田間閘管式灌溉兩種。小管式出流灌溉模式主要利用三種不同等級的管道實現(xiàn)引流目的，管道直徑設(shè)計主要分為 50mm、100mm、180mm三個等級。在實際建設(shè)過程中，設(shè)計人員需要依據(jù)小管出流系統(tǒng)實際情況設(shè)置干管、支管、毛管等多種管道，其中毛管設(shè)計需要依據(jù)作物種植方向確定設(shè)計位置，實際設(shè)計效果應(yīng)保證每兩行作物中有一條毛管穿過。

　　田間閘管式灌溉模式往往是由多個部分共同組成，主要包含了管道當中一些閥門以及可以移動的軟管，整體系統(tǒng)一般是在毛渠取水完成之后再進行，能夠利用調(diào)節(jié)閥門的開度來對溝內(nèi)水流的大小進行控制。

　　2.5 低壓管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用實效

　　低壓管道輸水灌溉技術(shù)的應(yīng)用可以有效緩解傳統(tǒng)明渠灌溉模式輸水過程中存在的蒸發(fā)與滲透現(xiàn)象，可以有效節(jié)約水資源，提升灌溉水利用率。同時由于輸水管道埋設(shè)于地下，根據(jù)實際計算可知，可以節(jié)約 3%的土地面積用于耕種，同時還可以有效保證作物成熟收割時的運輸便捷性。從實際應(yīng)用效果來看，低壓管網(wǎng)灌溉技術(shù)的應(yīng)用有效提升農(nóng)業(yè)機械化水平，可以節(jié)約大量人力資源與物力資源，對促進我國農(nóng)業(yè)發(fā)展方面具有積極推動作用[4-5]。

　　3　總結(jié)

　　綜上所述，在當前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展及環(huán)境保護政策背景下，低壓管道輸水灌溉技術(shù)可以有效滿足節(jié)約資源、提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的戰(zhàn)略要求。因此，相關(guān)部門在實際工作過程中應(yīng)注意加強對相關(guān)技術(shù)的研究力度，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，為落實我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供有力保障。