井灌區低壓管灌工程規劃設計簡述

郭 玲

（曲沃縣水利局，山西 曲沃 043400）

低壓管道輸水灌溉是以管道代替明渠輸水灌溉的一種工程形式，通過一定的壓力（工作壓力不大于0.20 MPa）將灌溉水從水源輸送到田間，由給水栓進入田間溝、畦進行灌溉。其特點是出口流量大、出水口所需壓力較小（0.002～0.003 MPa），管道不易發生堵塞，可減少輸水過程中的滲漏與蒸發損失，增加耕地面積。由于受土地不平的影響較小，輸水速度快、供水及時、流量集中，可縮短輪灌周期，及時有效地滿足作物生長期的需水要求。

1 管道規劃

1.1 管道布置形式的選擇

在低壓管道輸水灌溉系統中，管道布置形式根據地下固定管道與地面移動管道所占比例（即平均密度）的不同，可分為固定式、半固定式、移動式和管渠結合式4種。根據水源位置、控制范圍、地面坡度、田塊形狀、作物種植方向等條件，管網又可布設成樹枝狀和環狀兩類。

對單井出水量小，控制面積小，特別是深機井壽命不長，井水含沙量高的情況，宜選用移動式；在經濟條件較差的地區，宜選用半固定式；在經濟條件較好，單井出水量較大，灌水時同時開啟2個或2個以上的給水栓，并分別由2條或2條以上管道同時供水時，宜選用固定式，布置成樹枝狀管網；在經濟條件較好，單井出水量不大，只由1個給水栓放水時，宜選用固定式，但無論是選用樹枝狀管網還是環狀管網都要進行具體的經濟比較；對設計流量為40 m3/h的典型地塊，按4個典型井位，布置8個樹枝狀管網和8個相應的單環環管網（為了便于說明問題，把設置給水栓的管道叫工作管道，其他管道叫連接管道，二者的比值為r），兩種管網均采用薄壁U-PVC管，將工作管道相同的兩種不同管網進行經濟比較可知：當r≥2時，環狀管網較優，當r＝1時，樹枝狀管網較優。

1.2 樹枝狀管網的布置

平原區機井灌區大部分適宜長方形地塊，對灌溉面積在3.33~6.67 hm2，田塊長寬比不大于3的地塊，由于井位的不同，半固定式一般有長“一”字形、“T”形、“L”形3種布置形式；對控制灌溉面積在6.67~10 hm2，田塊長寬比不大于 2，井出水量 40～60 m3/h，常采用“H”形或環形，當長寬比大于2時，采用長“一”字形布置；對控制面積在10~20 hm2，田塊長寬比約等于1時，井出水量60～100 m3/h，且作物種植方向與灌水方向相同或不相同時可布置成梳齒形或魚骨形。固定式一般有“工”、“土”、“圭”、“F”字形 4 種布置形式。無論是半固定式還是固定式，單位管道長度與井位關系很大，其中井位選在地塊中心最優，其單位管道長度最短，管道最大輸水距離也最短。其中機井位于地邊中部管道的一端（半固定式）或管道的連接管線上（固定式），單位管道長度較短。新打或改造機井時，井位布置應與管道規劃相結合，以有效節省管道長度，如一井灌區，配套機井15眼，地塊大部分300 m×200 m，管道雙向控制，單位固定管道長度19.5 m，比一般管道單向控制長度減少3～5 m，僅此一項可節約資金11萬元。

1.3 給水栓移動管道及畦田的規劃

目前，曲沃縣境內的低壓管灌大部分采用聚乙烯軟管做移動管道，其規劃布置與固定管道的方向有關，當固定管道平行于種植行時，一般固定管道間距100 m左右，雙向控制，給水栓間距40～50 m。移動軟管由給水栓垂直種植行鋪設，單向或雙向分水灌地，軟管長一般小于50 m，畦田寬15 m，長25～50 m。當固定管道垂直種植行時，給水栓間距一般為40～50 m，軟管一般平行于種植行鋪設，長50～150 m，其節長與畦長等因素有關。若長畦雙灌，畦長20 m，畦寬3 m，則每節軟管長40～50 m；若方畦雙灌或長畦單灌，畦長10 m或20 m，畦寬6 m或3 m，則每節軟管長20 m。

2 管道設計

2.1 管道設計工作壓力

管道的設計工作壓力，即管道正常工作時首端最大的工作壓力，等于管道的沿程水頭損失與局部水頭損失之和，再加（減）管道兩端的高差。管道的設計工作壓力是選擇管材、管徑、調壓排氣裝置和井泵的依據之一，在平原地區，水柱高一般小于5 m，通常為2～3 m。

2.2 管材選擇

目前，用于低壓輸水灌溉的管材主要有薄壁UPVC塑料管、聚乙烯（PE）、改性聚丙烯管（PP）及預制混凝土管，其次是地埋塑料軟管及現場連續澆筑管。PE，PP塑料管強度高、抗滲性能好、搬運方便；缺點是材料較貴，單價較高，安裝工藝復雜，適合于經濟條件好、工期緊、日工資較高和單井出水量小于40 m3/h的地區。混凝土管原材料豐富，價格低廉，缺點是接頭較多，施工要求較嚴；適用于單井出水量大于40 m3/h的地區。地埋塑料軟管價格低廉，施工省工，在5～6 m水柱的壓力下不漏水，但外包灰土或其他土方工料施工必須嚴格，適用于經濟條件差的地區。現場連續澆筑管管身無接頭，必須由經驗豐富的專業工程隊施工，施工季節短，適用于當地制管材料和勞動力豐富價廉的地區。U-PVC管不僅強度高，抗滲性能好，施工簡易，且成本相對偏低，應作為灌溉管道用材的首選。

2.3 管件選擇

曲沃縣采用的管件主要是給水栓、安全保護裝置和連續裝置。給水栓分為固定給水栓和移動給水栓，移動給水栓管道密度大，灌溉時啟閉頻繁。在經濟條件好的地區一般選用固定給水栓，否則選用移動給水栓。在管道運行中，為消減或避免突然開機或停機與開關給水栓產生的水擊，排除管道中的氣體，需在管道首端設置安全保護裝置。曲沃縣應用的安全裝置主要有GD空氣閥、調壓排氣閥和安全閥。

GD空氣閥主要由閥體、浮示閥、操作桿組成，其優點是造價低廉，缺點是不能有效控制開泵時的水擊和徹底排氣，適用于強度較大的塑料輸水管道。調壓排氣閥與GD空氣閥比，可以較徹底地排氣和消減開機時的水擊，缺點是造價較高，適用于工作壓力大于3 m水柱的混凝土輸水管道、地埋塑料軟管或其他強度低的管材。

3 存在問題及建議

目前，已配套低壓管道輸水灌溉工程每公頃平均固定管道長度為60 m左右，屬一級管道。經多點計算分析，其成本回收年限為2年左右，經濟效益顯著，但上述管道輸水工程灌溉時，還需要一級土垅溝輸水，該級占地和水量滲漏一般比頭一級要多。有些地方建有一級管道，但田間還在漫灌，水資源浪費依然比較嚴重，若追加投資，提高標準，增加二級管道防滲，每公頃平均固定管道長度增至105 m左右，經計算，其抵償年限一般為3～5年，說明該方案更經濟。因此，建議在經濟條件較好的地區推廣固定式管道輸水系統。

半固定式與固定式相比，經濟效益基本相同，半固定式投資較少，折算年費用小，但推廣半固定式缺乏較理想的移動管材。移動管材由農戶輪流使用，管理困難，往往流于不用或重復購置，建議加強移動管材的研制，盡快生產出一批價格低廉、應用方便、使用壽命較長的低壓移動輸水管材，同時加強對移動管材的管理。

低壓管道工程在水源能源不同的條件下效益不同。當水源和能源嚴重不足、管道輸水后增加的灌溉面積較多時，效益最大；當原田地灌溉標準太低、管道輸水后可增加灌水次數、提高灌溉標準時，效益不大；當水源能源較缺乏、灌水周期過長時，效益位居第三；而在水源能源條件好、灌水周期不超過10 d時，效益最小。近幾年，有些地方不分水源能源條件，盲目提出幾年內實現管道化。建議各級水利部門根據水源能源等具體條件，制訂管理發展區域規劃，在管道輸水工程建成后可擴大灌溉面積與提高當地標準的地區優先發展，其次在周期短的地區發展。而水源能源條件好、單井控制面積小、灌水周期短、小畦灌溉搞得好的地區，可暫緩發展。