低壓管灌系統(tǒng)在小型灌溉工程中的應(yīng)用

湯 慧，趙巖松，伊佳倩

(1.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116000；2.大連市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116000)

低壓管灌系統(tǒng)在小型灌溉工程中的應(yīng)用

湯 慧1，趙巖松2，伊佳倩2

(1.大連市水利建筑設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116000；2.大連市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 大連 116000)

我國(guó)是一個(gè)水資源十分短缺的國(guó)家，同時(shí)也是一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉大國(guó)。近幾十年來(lái)，隨著工、農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，渠道系統(tǒng)輸水逐漸不能滿足節(jié)水、少占耕地和低成本投入等社會(huì)的需要。20世紀(jì)50年代，我國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)管道輸水灌溉(簡(jiǎn)稱“管灌”)技術(shù)，其中，低壓管道輸水灌溉與渠道灌溉系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。文章結(jié)合某海島村鎮(zhèn)小型灌溉工程中低壓管灌系統(tǒng)的應(yīng)用，充分證實(shí)了該項(xiàng)技術(shù)適用性強(qiáng)，灌溉成本低，節(jié)省土地，便于交通和機(jī)耕等特點(diǎn)。

低壓管道輸水；節(jié)水灌溉；小型灌溉工程

20世紀(jì)以前，我國(guó)農(nóng)田灌溉廣泛采用渠道來(lái)輸水和配水，但隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求，灌溉渠道系統(tǒng)的弊端逐漸顯露，主要有以下3個(gè)方面：

1)渠道的滲漏導(dǎo)致灌溉成本增加。

2)易造成渠堤滑塌、決口等安全事故。

3)現(xiàn)有土地資源緊缺，無(wú)法充分利用田間地塊、占地多等。

20世紀(jì)20年代，美國(guó)在圖爾洛克灌區(qū)應(yīng)用地面閘管系統(tǒng)和地下暗管系統(tǒng)代替地面明渠系統(tǒng)，50年代，我國(guó)開(kāi)始出現(xiàn)管道輸水灌溉，80年代后經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件提高，該項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展了起來(lái)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2002年底，全國(guó)管道輸水灌溉面積就已達(dá)到533.3萬(wàn) hm2，并取得了明顯的節(jié)水效果。管道輸水灌溉(簡(jiǎn)稱“管灌”)系統(tǒng)中，其工作壓力不超過(guò)0.2～0.4MPa的一般稱為低壓管灌系統(tǒng)，管內(nèi)為有壓流，根據(jù)出水口安裝的灌水器不同，可進(jìn)行地面灌溉、滴灌或滲灌等。

1 低壓管灌系統(tǒng)組成及應(yīng)用特性

主要包括2個(gè)方面：

1.1 低壓管灌系統(tǒng)的組成

低壓管灌系統(tǒng)由水源(井、渠、河、塘壩、水庫(kù)等)、首部樞紐(提水、動(dòng)力、有關(guān)設(shè)備)、輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)(管道、管件)、給水裝置(灌水器)、保護(hù)設(shè)施(安全閥、排氣閥)、田間灌水設(shè)施(輸水溝、移動(dòng)軟管)等5個(gè)部分組成[1]。如圖1所示。

圖1 低壓管灌系統(tǒng)組成示意圖

1.2 低壓管灌系統(tǒng)的應(yīng)用特性

低壓管灌系統(tǒng)主要應(yīng)用于井灌區(qū)或輸水系統(tǒng)層次少(一級(jí)或二級(jí))的小型灌溉工程中。

低壓管灌系統(tǒng)與灌溉渠道系統(tǒng)相比，有以下4個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

1)節(jié)水，有效地減少了輸水過(guò)程中的滲漏和蒸發(fā)損失，提高了灌溉水利用系數(shù)。

2)土地充分利用，輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)埋在地下，一般可以少占7%～13%耕地，便于交通和機(jī)械耕作。

3)省時(shí)省力，流速大，輸水快，使用方便，便于管理控制。

4)降低灌溉成本，增產(chǎn)增收，并在一定程度上避免了渠堤安全事故和鹽漬化、冷浸田等問(wèn)題的發(fā)生。

2 低壓管灌系統(tǒng)在小型灌溉工程中的應(yīng)用

某海島村鎮(zhèn)規(guī)劃灌溉面積約13.33hm2，種植苗木，分析該工程項(xiàng)目區(qū)內(nèi)水土資源短缺，綜合考慮工程經(jīng)濟(jì)效益，采用低壓管灌輸水灌溉技術(shù)。水源為灌溉區(qū)維修改建方塘，水泵從方塘提水一級(jí)加壓后，通過(guò)308.8m長(zhǎng)的PVC-U輸水干管送至灌區(qū)，最末級(jí)支管線控制灌區(qū)各個(gè)輪灌組的供水。支管上每隔100m設(shè)給水栓，采用移動(dòng)軟管給苗木灌水。平面布置如圖2所示。

圖2管網(wǎng)系統(tǒng)平面布置圖

2.1 灌水定額

灌水定額計(jì)算公式為：

m=1000γsh(β1-β2)=56.03m3/666.7m2

(1)

式中：m為灌水定額，m3/hm2；γs為計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤干容重；h為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度；β1為適宜土壤含水率上限(占干土重量的百分比)；β2為適宜土壤含水率下限(占干土重量的百分比)。

2.2 灌水周期

灌水周期計(jì)算公式為：

T=m/Ed

(2)

式中：T為灌水周期，d；m為灌水定額；Ed為土壤水分最大消耗速度。

苗木最大需水量集中在生長(zhǎng)期階段，根據(jù)灌溉總畝數(shù)，采用輪灌方式灌溉，水泵每天工作12h，15d灌完全部面積。根據(jù)根系的持水層深度及日最大耗水量，設(shè)計(jì)3d灌完1#輪灌組，12d灌完2#～4#輪灌組，每個(gè)輪灌組灌水4d。

2.3 灌溉設(shè)計(jì)流量

灌溉設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式為：

(3)

式中：Q0為灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，m3/h；A為灌溉面積，666.7m2；η為灌溉水利用系數(shù)；t為每天工作時(shí)間。

2.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭

系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭計(jì)算公式為：

H=Zd-Zs+hs+∑hf+∑hj

(41)

式中：H為系統(tǒng)設(shè)計(jì)水頭，m；Zd為最不利地面高程，m；Zs為供水地面高程，m；hs為預(yù)留水頭，m；∑hf為由水泵吸水管至最末級(jí)管道的沿程水頭損失，m；∑hj為由水泵吸水管至最末級(jí)管道的局部水頭損失，m。

各管段流速值介于1.00～1.91m/s，不小于管道不淤流速(一般取0.5m/s)，不大于最大允許流速(通常限制在2.5～3.0m/s)。輸水干、支管線均采用PVC-U管材，管徑為dn160～dn75不等，工作壓力為0.4MPa。管線接口方式采用擴(kuò)口加密封圈承插連接。本工程總投資為75.88萬(wàn)元。

3 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)水資源十分短缺的國(guó)家，同時(shí)也是一個(gè)農(nóng)業(yè)灌溉大國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)年農(nóng)業(yè)用水量4000億 m3，占全國(guó)總用水量73.4%，現(xiàn)階段中等干旱年份農(nóng)業(yè)用水每年缺水量約300億 m3，這說(shuō)明節(jié)水灌溉在我國(guó)不但潛力巨大，也是勢(shì)在必行的。

低壓管灌技術(shù)是目前農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的一項(xiàng)重要技術(shù)，從本文某海島村鎮(zhèn)低壓管灌技術(shù)的應(yīng)用可以看出，它具有適用性強(qiáng)，投資省，占地少，管道工作壓力較低等優(yōu)點(diǎn)，在小型農(nóng)田灌溉工程的建設(shè)中做出了突出的貢獻(xiàn)。

低壓管灌技術(shù)是先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，也是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要組成部分，在我國(guó)乃至世界上具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值，我們應(yīng)在不斷的工程運(yùn)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、分析研究，為我國(guó)的發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)與基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]郭元裕.農(nóng)田水利學(xué)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

1007-7596(2014)01-0194-02

2013-12-03

湯慧(1986-)，女，吉林長(zhǎng)春人，助理工程師；趙巖松(1981-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師；伊佳倩(1980-)，女，黑龍江佳木斯人，工程師。

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