渠灌區(qū)管道輸水灌溉工程建設與運用

張根榮 高本虎 孫新忠

渠灌區(qū)管道輸水灌溉工程建設與運用

張根榮1高本虎2孫新忠3

(1.山西禹門口黃河提水工程管理局 山西稷山 043200；2. 中國水利水電科學研究院 北京 100048；3.運城市水利科學研究所 山西運城)

本文介紹了渠灌區(qū)自壓管道輸水灌溉示范工程情況，提出了渠灌區(qū)管道輸水灌溉系統(tǒng)結構與形式，介紹了示范工程建設和應用情況。

渠灌區(qū) 管道輸水灌溉 系統(tǒng)結構 建設與應用

1 項目區(qū)選擇

用管道代替明渠輸水進行灌溉，具有節(jié)水、節(jié)地、省工、省時、省電，灌水及時，地形適應性強等優(yōu)點，低壓管道輸水灌溉工程技術在我國井灌區(qū)得到了較大面積的推廣應用，而渠灌區(qū)管灌較井灌區(qū)要復雜得多，故渠灌區(qū)發(fā)展自壓管道輸水灌溉工程仍處于試驗示范階段。為在我國灌區(qū)節(jié)水改造中或條件合適的灌區(qū)推廣應用管道輸水灌溉技術提供技術支撐并進行示范，在對甘肅、河北、廣西、山西等地現(xiàn)場考察的基礎上，在山西禹門口引黃灌區(qū)選擇了萬畝試區(qū)進行渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術試驗示范項目建設。

山西禹門口黃河提水工程屬大Ⅰ型水利工程，設計提水規(guī)模26m3/s。提水泵站站基屬巖石構造，取水口位于彎道環(huán)流處，主流穩(wěn)定，永不脫流，水量充裕。一級泵站前閘設置導冰排、攔污柵和疊梁門，只取用含沙量較少的黃河表層水。一級泵站后的沉沙池是引黃工程中首次采用的平流加斜板沉沙結構，不加藥不用電，沉沙效果即可達75%。經(jīng)一級、二級泵站兩級提水（總揚程120m）后，黃河水可沿渠道自流至河津、稷山、新絳等大部分地區(qū)。灌區(qū)設計灌溉面積3.32萬hm2，現(xiàn)階段已完工程控制灌溉面積達到2萬hm2，灌區(qū)涉及河津、稷山、新絳三縣（市）13個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），273個自然村，總?cè)丝?5.96萬人。

本自壓管道輸水灌溉示范區(qū)選在禹門口二級干渠約42km處南側(cè)，該區(qū)東西平闊，寬約2km；北高南低，長約4.5km；與引黃二級干渠渠底高差約5～45m，可利用高差實施自流、自壓灌溉。該區(qū)南距縣城約4km，東接侯禹高速公路出口，北有縣級管化公路，交通便捷，管理方便，亦便于宣傳示范。

示范區(qū)規(guī)劃面積約700hm2，作物均為棗糧間作。根據(jù)本項目區(qū)作物類型以及所擬定的節(jié)水灌溉制度，經(jīng)計算，項目建成后項目區(qū)總灌溉需水量為283.5萬m3。示范區(qū)的灌溉用水自二級干渠約41km處自流取水，該處干渠設計過水流量8.1m3/s，水位471.35m。本項目區(qū)的設計取水流量0.8m3/s，區(qū)內(nèi)地形落差達70m。經(jīng)水土平衡分析和管道輸水能力計算，禹門口二級干渠的來水完全能滿足本項目區(qū)的農(nóng)田自壓管道輸水灌溉要求。

2 自壓管道輸配水系統(tǒng)結構形式

管道輸配水系統(tǒng)結構形式可分為開敞式、半封閉式、封閉式等，本示范工程的自壓管道輸配水系統(tǒng)采用的是開敞式和半封閉式，即輸水干管采用開敞式系統(tǒng)結構，輸配水支管采用半封閉式系統(tǒng)結構。

2.1開敞式管道輸水系統(tǒng)

所謂開敞式是指在管道沿線設置具有自由水面的調(diào)壓（減壓）井或分水井以消減管道壓力，在井內(nèi)設閘閥用以調(diào)節(jié)管道流量和壓力[1]。當管網(wǎng)系統(tǒng)輸配水時，如管道來水量多于灌溉取水量，多余的水則從調(diào)壓（減壓）井或分水井上設置的溢流口、排水管中排走(見圖1)。開敞式管道輸水系統(tǒng)管網(wǎng)布置形式一般為低壓的樹狀管網(wǎng)。

圖1 開敞式管道輸水系統(tǒng)結構示意圖

2.2半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)

半封閉式是指在管道沿線設置具有自由水面的分水減壓池，在池內(nèi)設置浮子閥用以調(diào)節(jié)灌溉用水和管道來水（見圖2）。

圖2 半封閉式管道輸配水系統(tǒng)結構示意圖

半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)工作原理如下：灌溉用水時，開啟管道系統(tǒng)進水閘的閘門，則水流通過管道進入分水減壓池，隨著池內(nèi)水位上升，浮子閥隨之開始上升。當浮球升起到某一位置后，通過軸套處轉(zhuǎn)動裝置的帶動，封蓋下降，封閉管道的進水口，管道內(nèi)水流停止流動。當下游灌溉用水時，開啟田間給水栓，水從減壓池流出進行灌溉，池內(nèi)水位下降，浮球隨之下降，封蓋打開，管道進水口開始進水。給水栓的出水量和管道的進水量通過浮子的調(diào)節(jié)達到動態(tài)平衡，水源源不斷地自水源輸送到田間進行灌溉，從而實現(xiàn)了根據(jù)灌溉要求的水量進行自動取水灌溉的目的。

半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)具有開敞式的沿管線設置分水減壓井以降低管道工作壓力的好處，又具有封閉式的可根據(jù)灌溉用水需求隨時開啟給水栓取水灌溉的優(yōu)點。

半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)設置于本示范區(qū)總干4支管道上，是我國首次在實際工程中的應用。浮子閥的結構尺寸根據(jù)支管引水流量、分水池大小、控制管理和灌溉面積等要求設計確定。經(jīng)通水運行，證明起結構尺寸設計合理。

3 示范工程建設內(nèi)容

在選定的示范區(qū)內(nèi)，規(guī)劃發(fā)展管灌面積653.3hm2，小管出流灌溉面積13.3hm2。水源自禹門口黃河提水二級干渠41+200樁號處引水，經(jīng)分水閘流入沉砂池沉砂后進入管網(wǎng)，在各支管末端均設有排水排沙設施。

工程建筑物有：干渠節(jié)制閘一座，分水閘一座；管理房一座；引渠26m，引渠上設置水量測量裝置一套，150m3沉沙池一座；各種規(guī)格尺寸的分水調(diào)壓井14座，浮子閥分水減壓池一座；出水或排沙口201個；跨溝倒虹吸2座；管道泥沙輸送觀測設施一座。

管網(wǎng)形式采用樹狀網(wǎng)，系統(tǒng)設總干管、分干管及支管三級管道。整個示范區(qū)設總干管1條，長795m；東、西分干管2條共5215m；支管14條，總長9375m。

根據(jù)設計流量及地形情況，總干管、分干管選用加筋混凝土管，鋼筋根據(jù)管材的抗內(nèi)壓和抗裂能力計算確定；支管則選用聚氯乙烯塑料管。經(jīng)水力計算，干管選用直徑700mm，分干管直徑600mm，支管直徑250mm～315mm。

4 工程應用與結論

目前，我國渠灌區(qū)自壓管道輸水灌溉尚處于探索發(fā)展階段，為積累渠灌區(qū)發(fā)展自壓管道輸水灌溉工程經(jīng)驗，中國水利水電科學研究院、稷山縣水利局和山西禹門口黃河提水工程管理局在禹門口灌區(qū)進行了管道輸水灌溉示范工程建設，現(xiàn)已建成自壓管道輸水灌溉工程面積約334hm2。

試驗示范工程自2010年建成以來運行良好，采用管道輸水灌溉，節(jié)水省時，深受當?shù)剞r(nóng)民歡迎。通過對各開敞式分水調(diào)壓井的現(xiàn)場試驗觀測，得到了管道進水較平穩(wěn)、摻氣量較少的分水調(diào)壓井的規(guī)格尺寸。通過對國內(nèi)首次應用的浮子閥的現(xiàn)場測試，表明其結構設計合理，浮子閥能按田間灌溉用水要求自動啟閉，可避免在配送過程中的水量損失。本示范工程的建設和運用，取得了渠灌區(qū)自壓管道輸水灌溉從規(guī)劃、設計、管材選型、施工到運行管理的一整套工程技術經(jīng)驗。

通過示范工程建設與應用，可得如下結論：

（1）渠灌區(qū)自壓管網(wǎng)系統(tǒng)的主干管采用開敞式結構型式，可使用低壓輸水管材，能顯著降低管道建設費用。

（2）以浮子閥為特征的半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)在國內(nèi)首次得到了成功應用。這種結構形式可按需取水，有利于節(jié)水和灌溉用水自動化管理，是應該大力推廣的管道輸水系統(tǒng)結構模式，但浮子閥的設計制造急需系列化、標準化、產(chǎn)業(yè)化，以滿足渠灌區(qū)半封閉式管道輸水灌溉工程建設之需。目前，宜先在支管采用半封閉式結構模式，待大規(guī)格浮子閥的制造定型化之后，再在干管上應用。

（3）引黃灌區(qū)可采用自壓管道輸水灌溉系統(tǒng)模式，但需注意排水排沙設施的配套建設。

（4）鑒于目前渠灌區(qū)管灌還無規(guī)范可依，建議進一步總結渠灌區(qū)管灌工程經(jīng)驗，制定渠灌區(qū)管道輸水灌溉工程技術規(guī)范，規(guī)定開敞式、半封閉式和封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)的應用模式，使渠灌區(qū)管灌工程建設規(guī)范化。

1 趙華，高本虎，陸文紅. 渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術試驗研究[J]，節(jié)水灌溉1999.2:23-25.

2 高本虎. 渠灌區(qū)開敞式管道輸水灌溉系統(tǒng)探討[J]，節(jié)水灌溉1998.4:12-14.

TV672

B

1672-2469(2014)06-0011-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.004

張根榮，（1962年—），高級政工師。

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目：灌區(qū)管道輸配水及灌溉技術集成研究，項目編號：201001038