井灌區低壓管道輸水灌溉技術應用研究

翟 偉 逯根堂 徐新超

（聊城市水利局，山東聊城 252000）

井灌區低壓管道輸水灌溉技術應用研究

翟 偉 逯根堂 徐新超

（聊城市水利局，山東聊城 252000）

通過對聊城市井灌區低壓管道輸水灌溉工程設計指標確定進行分析、研究與推廣應用，分析了低壓管道輸水工程效益。在井灌區采取低壓管道輸水工程，可顯著提高當地小型農田水利設施整體水平，農業生產條件明顯改善、農業綜合生產能力明顯提高，極大地促進了當地農業和農村經濟的發展。

井灌區；管灌；技術；應用研究

農業是農村經濟基礎性產業和保障國家社會穩定的重要支柱。農業灌溉工程是農業發展的基礎性配套設施，我國農業尤其是北方平原地區農業灌溉普遍存在水資源緊缺和用水效率不高的問題。人民群眾節水意識薄弱，田間工程采用土渠輸水灌溉，大水漫灌，滲漏量大，跑漏水現象嚴重，渠系水利用系統低，水資源浪費嚴重。

“十二五”期間，國家把水利作為國家基礎設施建設的優先領域，把農田水利作為農村基礎設施建設的重點任務來抓，不斷加大投入力度，給發展農田節水灌溉帶來了機遇。在井灌區積極走“引蓄并舉、蓄調結合、以井保豐”的路子，在井灌區選取低壓管道輸水工程，以管道代替明渠輸水，通過一定壓力將灌溉水輸送到田間，實現節水、節能、省工、省地、縮短輪灌周期，促進作物增產，充分發揮機井在確保糧食安全中的作用，實現農業增產、農民增收。

1 管道輸水灌溉工程設計要點研究

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0.20MPa）將灌溉水從水源輸送到田間，由給水栓進入 田問溝、畦進行灌溉。其特點是出口流量大、出水口所 需壓力較小，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。為了確保井灌區農業實時灌溉，進行了井灌區低壓輸水灌溉技術研究與應用。

以山東省聊城市孫莊村典型地塊為例，進行管道輸水灌溉設計要點分析研究。該地塊南北長度290m，東西長度為290m，控制灌溉面積為126畝。

農作物為小麥、玉米一年兩作，南北方向種植。根據小麥需水量規律，其需水量在灌漿期間，包含降雨在內的平均日需水量強度Ea=5mm/d。

1.1 管網布置原則

根據農田規劃布局及機井位置，依據地形、地塊、道路等情況按以下原則布置管路系統：管理設施、井、路、管道統一規劃，合理布局，全面配套，統一管理；依據地形、地塊、道路等情況布置管道系統，要求線路最短，控制面積最大，便于機耕，管理方便；管道盡可能雙向分水，節省管材，沿路邊及地塊等高線布置；按照村隊地片，分區管理，獨立使用原則。

1.2 管網布置形式

以每個機井控制面積為單行工程，采用無井房、IC卡自動控制計費，首部設有潛水泵、排氣閥等。工程管網布置，采用樹狀管網，干管平行種植方向，支管垂直于干管布置在地塊中間，給水栓設置于支管上，給水栓間距雙向布置分水，順種植方向布設軟管。管網布置型式采用以下幾種：“一”字型、“T”型、“H”型、“L”型及“梳齒”型。

1.3 設計灌水定額及灌水周期確定

項目區種植作物為小麥、玉米一年兩作。北方小麥灌溉需水量大，而玉米生長期正逢雨季，灌溉需水相對較小。因此，設計時以小麥日需水量最高的灌漿期確定灌水定額。取土壤計劃濕潤層深度為60cm,適宜土壤含水量上限取田間持水率的95%，下限取65%，灌溉水有效利用系數取0.85。按下式計算設計灌水定額。

式中：m—凈設計灌水定額，mm；

γ—土壤容重，g/cm3；

Z—計劃濕潤層深度，m；

θmax、θmin—適宜土壤含水率上下限（占干土重的百分比）。

經計算，m為58.32mm，即39m3/畝。

灌水周期

式中：T—設計灌水周期（d）。

1.4 灌溉設計流量的確定

根據設計灌水定額、灌溉面積、灌水周期和每天工作的時間，計算系統灌溉設計流量。

式中：Q—管道系統的灌溉設計流量，m3/h；

η—灌溉水利用系數，取0.85；

t—灌水時間，h，取 16h；其他符號意義同前。

經計算Q設為32.76 m3/h

1.5 輸水管道管材及管徑的選擇

固定管道包括干管、支管，均埋于地下，采用UPVC塑料管材，按經濟流速法確定管徑。按經濟流速法確定各級管徑：

式中：d—管內徑，mm；

Q—流量，m3/h；

v—經濟流速，根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）v=1.0～1.5m/s，取 1.2m/s，

計算得：d=100.2mm，故固定管道干管、分干管選用0.4MPaФ110的UPVC管材。

1.6 輸水管道水力計算

沿程水頭損失計算：

式中：hf—管道沿程水頭損失，m；

f—摩阻系數,與摩阻損失有關,f=0.948×105；

m—流量指數，與摩阻損失有關，m= 1.77；

b—管徑指數，與摩阻損失有關，b= 4.77；

L—計算管道長度，m，L=375 m；

Q—管道設計流量，m3/h，Q=32 m3/h；

d—管道內徑，mm，d=105.6mm。

經計算得：hf=3.65m。

1.7 水泵選型及水泵揚程計算

（1）管網水頭計算。管網水頭為輸配水管總水頭損失、給水栓要求自由水頭、管網進口與給水栓進口高差之和。

（2）水源動水位埋深。該項目區動水位埋深在26m左右。

（3）泵管水頭損失計算。管材選用鋼管30m。

管徑選擇d=80mm（同管網水力計算）。

經計算泵管沿程水頭損失為2.67m。

泵管局部損失取2.50m。

則泵管水頭損失為5.17m。

（4）水泵總揚程確定。水泵揚程=管網進口水頭+水源動水位埋深+泵管水頭損失。

經計算為37.32m。

根據設計管道灌溉工程系統揚程37.32m和系統流量32 m3/h，選用200QJ32-39/3型潛水泵。水泵揚程為39m，流量32m3/h，配套功率5.5kW，滿足設計和機井出水量要求。

1.8 首部樞紐設計

為了使機井首部與周邊環境相協調，采用無井房室外射頻卡灌溉控制技術，系統首部樞紐設地下保護池，安裝進排氣閥保護裝置，井口全部為便于安裝保養水泵專用的專門保護蓋。地面上除有室外射頻卡外，其余全為隱蔽式。管網系統首部樞紐布置如圖1。

圖1 管網系統首部樞紐布置示意圖

2 工程應用效果和效益分析及推廣應用

項目實施前，采用土渠輸水，灌溉周期長，灌溉保證率低，加之大水漫灌，糧食產量低而不穩。項目實施后，采用管道輸水，提高了輸水效率，畝年節約了灌溉用水量70m3左右，實現了適時灌溉、縮短了灌水周期3～5天，提高了灌水保證率和灌水效率，徹底解決了作物灌溉問題，也減少了灌溉用工量，利用IC卡自動控制計費，實現了按方收費。同時，管灌工程比土渠減少了占地0.48%左右，糧食增產12%左右、省工0.8個/畝·年，畝年減少耗能5.5kW·h，社會和環境效益也十分明顯。

2.1 提高了灌溉保證率，緩解水資源矛盾

管灌輸水工程可大大提高了農作物的灌溉保證率，在可供水資源量有限的情況下，灌溉用水容易保證，并做到適時灌溉。同時，緩解水資源的緊張狀況，緩解工農業爭水的矛盾。管灌水利用系數提高，灌溉區用水量量相對減少，可以節約有限的地下水資源。

2.2 實現了按方收費，水量控制科學

機井射頻卡管理系統將計算機、自動控制技術應用于農業灌溉，系統按用戶射頻卡內信息對用戶進行管理，實現了預收水費，實現按方計量，按方收費，有效控制用水量，提高了灌溉水利用系數和單位水量的農作物的產量。這樣可以減輕農民負擔，有效緩解灌區水費收取難，工程養維資金不足的矛盾，逐步培養群眾形成“用水繳費”和“節約用水”的意識，促進節水型社會建設。

2.3 管道輸水工程建設，推動了水利工程建設

建立節水型農業是建設節水型社會的主體，是實現全社會節水的關鍵，管道輸水灌溉工程的建設是在井灌區得以廣泛應用，是實現農業節水的典范，采取試點示范，因地制宜地總結推廣了節水灌溉工程建設模式，不斷擴大節水示范規模和示范效果，進一步增強了群眾的節水意識，加大了節水灌溉設施的保護力度，提高了廣大干部群眾節水灌溉的自覺性、積極性。

2.4 節約土地明顯，破解了農耕困難

管道輸水工程干支管道都埋在地下，無需占地，對照明渠輸水工程，每米渠道節約占地2.5m2，節地效益明顯。農機進田可避免跨越渠道，進入方便，提高了工作效率，也減少了工程的損毀機率。

2.5 項目推廣及綜合效益明顯

通過項目的研究與推廣，在省扶持資金節水工程、小農水重點縣、土地整理和黃淮海開發等項目中得到了大力推廣和應用，據統計全區推廣18.88萬畝。項目實施后，年可增產糧食1152萬kg、蔬菜576萬kg，節水1321.6萬m3，節能436萬kW·h，年增產值達2073.6萬元。

由于水利用系數的提高，灌溉區用水量減少，節水的水量可以擴大灌溉面積；由于低壓管道代替土渠， 土渠可進行復耕，擴大了耕地面積。同時節約了有限的地下水資源，緩解了水資源供需矛盾，為工業的穩步發展和城鄉生活用水，提供了良好保證。不斷提高了灌溉的運行管理水平，取得了良好的經濟效益、社會效益，同時生態環境也得到了進一步改善。

3 結 語

隨著國民經濟的快速發展，社會用水量逐年增加，用水矛盾日益突出，氣候干旱日益嚴重，水資源緊缺已成為制約國民經濟發展的主要因素之一。在井灌區示范推廣了低壓管灌技術，不僅具有良好的經濟效益，而且具有顯著的社會效益和生態效益。通過發展節水灌溉，進一步改善了農業生產條件，提高了灌溉水利用率和農業綜合生產能力，促進了水資源的可持續利用和農業可持續發展，為農民增收、農業增長、農村穩定發揮了重要作用。

S275

B

1008-1305（2013）02-0045-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2013.02.013

翟 偉（1962年-），女，高級工程師。

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