水利灌溉工程中低壓管灌的應用

吳紹鋒

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330009)

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水利灌溉工程中低壓管灌的應用

吳紹鋒

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330009)

中國的水資源分布總體上呈現出南方水多、北方水少，東部多、西部少，山區多、平原少的特點，而從農田種植灌溉層面來說，中國又是一個農業灌溉大國。利用先進灌溉技術實現有限水資源的灌溉價值最大化發揮，節省更多的水資源是當前水利灌溉工程建設行業的研究熱點。低壓管灌技術在中國的應用時間較早，可以實現水資源的高效率利用，相對于水澆地灌溉形式來說，可以節省更多的水資源。

水利灌溉工程；低壓管灌技術；水資源；設計；應用

低壓管灌技術相對于傳統的農業灌溉技術來說，屬于是技術上進步的體現，它在當前農業灌溉中的應用具有一系列的優勢特點，包括節水、簡單、省時、高效等等，水利灌溉工程需要在結合本地區實際的基礎上，設計出科學合理的低壓管道灌溉技術方式，對傳統的灌溉形式進行創新和完善，最大程度的發揮低壓管道灌溉的技術優勢，實現農業灌溉效率的提升，并起到節約水資源的作用，使其兼顧經濟性和效益性。

1　水利工程中低壓管灌的設計

從水利灌溉的形式方面來講，水利工程中的低壓管灌灌溉技術實質上屬于是一種典型的地面灌溉類型，從它的實際應用來看，進行灌溉的過程中主要是利用低壓的作用，并通過低壓管道系統，把儲存在蓄水庫中的水資源快速的引流到需要灌溉的地區。根據它的引起方式將其劃分為2種灌溉形式，即自壓和提水：

1)對于自壓灌溉形式來說，管道設計需要利用到水利工程中的地形地勢，盡可能形成一個自然性的高差低壓，這樣在低壓引水的過程中就可以節省很多的電能資源，實現了能源的節約使用。

2)提水灌溉形式主要是從口井或者是塘壩等來獲取水源，利用水泵的作用來實現低壓灌溉，整個灌溉過程會產生一定的電力能耗，但是它的灌溉效率是非常高的，也是當前較為常用的一種低壓管灌技術。

2　低壓管道灌溉方式的設置

經過大量的實踐證明，低壓管灌技術的實際應用效果非常好，可有效提高水資源的綜合利用率，在實際應用過程中要結合灌溉區的實際狀況為主，采取合理的灌溉措施。

低壓管道灌溉方式指的是采用水力工程中的主蓄水池，把需要引流的水資源在管道的作用下，引向各個分蓄水池中，分蓄水池中也要采用這種具有密封性質的導管，連接水利工程周圍的灌溉區域，具體的密封導管使用需要依據灌溉區域的模式，合理設置灌溉方式，確保灌溉區的所有部分都可以實現低壓管道灌溉。通常情況下，為了進一步促進低壓管道灌溉的靈活性得到提升，所采用的密封導管需要每間隔約40m安裝1個閘閥，這個閘閥的主要作用是起到相鄰導管的連接作用，進行灌溉時只需要把軟管和閘閥相連即可，在實際灌溉的工程案例中可以發現，這種灌溉形式的覆蓋面積較廣，可以大大減少軟管的移動次數，從而促進水利灌溉時間效率的提升。以實際的果園灌溉例子來分析，某一果園在進行果樹灌溉時采用了低壓管道灌溉技術，可以把事先準備的軟管接入到低壓管道灌溉儲水池之中的閘閥位置，再經過低壓作用的引導，把儲水池中的水流引入到軟管中，然后再把軟管中的水流引入到整套的灌溉設備之中，這個灌溉設備的整體是協調完整的，可以實現在同一時間內對至少8棵果樹完成灌溉，這樣就可以減少軟管的移動次數，也就減少了水資源的浪費、蒸發，從而提高了水資源的綜合利用效率。

3　低壓管道灌溉技術實際應用的效益

低壓管道灌溉措施在當前水利工程中的應用，一方面可以提高水資源的灌溉效率，另一方面也可以使其經濟效益得到進一步的提升。經過實際應用，其水資源利用效率可以提升約2%～3%，在水利工程中的應用效益有：

1)低壓管道灌溉技術在應用的過程中，大多數情況下不會受到外界環境的影響，對管道低壓進行科學合理的利用，保證水資源可以得到高效利用。

2)在低壓管道內部，它的水資源很清潔，污染程度很小，與當前水利灌溉的綠色環保化要求相一致，促進實際灌溉質量水平得到顯著提升。

3)其應用可以依據水利工程的實際需求，主動的調節低壓管道灌溉過程中的水量、水流流速等，盡可能的滿足農田種植的實際要求，減少水資源灌溉的浪費。

4　低壓管道灌溉技術的實際應用

低壓管道灌溉系統的組成主要有5個方面：①水源；②首部樞紐；③輸配水管網系統；④給水裝置；⑤保護裝置以及農田間灌溉設施等5個部分，之間是相互協調配合的，共同完成低壓管道灌溉技術的實際灌溉任務。

以贛撫平原灌區紅壤所實際的灌溉工程為例來分析，所需要進行水資源灌溉的規劃面積大約是13hm2，主要種植物是苗木，由于該工程的項目區域內水土資源十分緊缺，兼顧到工程的經濟效益，采用的是低壓管道灌溉技術。灌溉的水源來自于方塘中，水泵從方塘開始提水經過一級加壓之后，采用長度約為309m的PVC—U輸水干管輸水至需要灌溉的區域，最后一級的支管線來對灌溉區的各個輪灌組的供水狀況進行合理控制和管理。在支管上要在每間隔約100m設置1個給水栓，保證各個給水栓的距離間隔合理，并利用移動軟管來實現對苗木的灌水處理，具體的平面布置見圖1所示：

圖1　管網系統的平面布置圖

4.1實際灌水的定額確定

灌水定額的計算公式為：

K=1000γsh(β1-β2)=56.03m3/666.7hm2

(1)

式中：K為灌水定額，m3/hm3；γs為計劃濕潤層土壤干容重；h為土壤計劃濕潤層深度；β1為適宜土壤含水率的上限，即占土重量的百分比；β2為適宜土壤含水率的下限，也可以是說是占土重量的百分比。

4.2灌水的周期確定

灌水的周期計算公式為：

T=K/Ed

(2)

式中：T為灌水的周期；K為灌水的定額；Ed為土壤中水分含量的最大消耗速度。

從苗木的生長周期來看，對追資源需求量最大的階段是生長期，依據于果園所需灌溉的總面積，采用輪灌的方式進行水灌溉，水泵的每天工作時間是12 h，15d澆灌完所有的面積，根據它的根系持水層深度和單日最大耗水量，設計3d灌完1#輪灌組，12d灌完2#～4#輪灌組，每一個輪灌組灌水是4d。

4.3灌溉的流量設計

灌溉流量設計的計算公式為：

(3)

式中：Q0為灌溉系統的設計流量，m3/h；A為灌溉面積；η為灌溉水的利用系數；t為日工作時間。

4.4灌溉系統的水頭設計

灌溉系統的水頭設計計算公式為：

H=Zd-Zs+hs+∑hf+∑hj

(4)

式中：H為系統的水頭設計；Zd為最為不利的地面高程；Zs為供水地面的高程；hs為預留水頭；∑hf為經過水泵吸水管到達最后1級管道的沿程水頭的損失量；∑hj為經過水泵吸水管到達最后1級管道的局部水頭損失量。

上述工程灌溉案例總的投資費用約76萬元。在這個管道設置中，各個管段的水流流速值是在1.00～0.91 m/s，要至少在管道不淤流速之上，管道不淤流速一般是0.5m/s，而且也不能超過最大可允許的流速，可允許的流速一般是限制在2.5～3.0m/s。對于本工程來說，它的輸水干線和輸水管線采用的是PVC—U管材，管材的管徑為dn160～dn75，各不相等也各不相同，具體的工作壓力為0.4 MPa，對于管線的接口來說，它的接口方式一般采用的是擴口加密封圈承插連接完成。

5　總　結

中國的水資源分布呈現出明顯的地域不均衡的特征，這與其現階段農業發展來說是不相一致的，農業灌溉的面積較多，水灌溉還遠遠不能滿足實際所需，要實現農業水灌溉的高效率，就要采取先進的節水技術和灌溉技術。低壓管道灌溉技術在當前農業灌溉系統構成體系中是重要的一種，它在實際農業灌溉中的應用具有一系列的優勢特點，不僅可以提高農業灌溉的面積和效率，而且也可以最大程度的節約水資源，提高水資源的利用效率，再具體的應用時，要充分結合農業灌溉的實際所需，有針對性、科學性的設置低壓管道灌溉系統，保證其灌溉價值最大化體現。

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1007-7596(2016)05-0120-03

2016-03-15

吳紹鋒(1978-)，男，江西南昌人，工程師，從事灌區管理工作。

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