低壓管道輸水灌溉在黃河下游地區的應用淺析

【摘要】簡要介紹低壓管道輸水灌溉案例的基本建設情況、主要做法及其設計依據、存在的問題和解決措施，并提出自己對該項技術在渠灌區推廣的認識。

【關鍵詞】壓管道；輸水灌溉；黃河下游

通過埋設低壓管道向田間輸水灌溉，以替代明渠，既節地節水又簡便易行，在井灌區得到很成功的實踐，但在廣大渠灌區，特別是黃河下游引黃灌區，受泥沙容易淤堵管道等問題制約，此項技術要加以推廣，情況就復雜的多。以下藉一黃河下游地區低壓管道輸水灌溉案例，談一下自己對此的認識和思考。

1、項目建設情況

利津縣位于黃河下游沖積平原，農業生產以引黃灌溉為主，目前，縣管干渠基本都已進行了防滲襯砌。為進一步提高灌溉用水利用率，從2012年開始，通過系列工程項目，進行末級渠系管道化輸水改造嘗試。

西雙高效節水灌溉工程為其中項目之一，位于利津街道北部，發展泵站提水低壓管道灌溉面積12016畝。建設內容包括新建小型灌溉泵站7座；鋪設玻璃鋼管道9.22km，PVC管道81.04km；給水栓、排水口等田間配套設施。

2、主要經驗做法

王莊一干作為項目區灌溉水源，為地下渠道，經泵站提水后才能進行田間灌溉，因此采用“固定泵站 +玻璃鋼管道+PVC管道 +地面移動軟管”的工程灌溉模式。

選取項目區中一座泵站所控制的2150畝管道輸水灌溉工程為典型，談一下主要經驗做法。典型區東西寬2200m，南北長650m，主要種植小麥、玉米和棉花等作物，耕作層土壤為中壤土，土壤容重為1.47g/cm3，田間持水率為26%，最大凍土層厚為45cm。

管道輸水灌溉工程由提水泵站、輸水管道、田間配套工程組成。

1）提水泵站

泵站主體工程包括進水建筑物、泵房、出水建筑物。

①進水建筑物

包括前池、進水池；前池八字型開口設在河道內，向內延伸12m與進水池相接，設漿砌塊石護底、擋土墻，護底下鋪設土工布和中砂墊層作為反濾層，并設排水孔。進水池設計底高程14.0m，泵吸水口懸空高度0.5m。進水池底板及擋土墻為鋼筋砼結構，底板厚0.4m，順水流方向長4.0m，垂直水流方向長6.0m。進水池上游端設置攔污柵一道，以攔截水中雜物，保障水泵運行安全。

②泵房

屬干室型泵房，室內地面高程為18.5m，開間軸線尺寸為3.6m、進深軸線尺寸9.0m，地下為3m、地上為4m。

a水泵選擇

據系統總揚程23.92m、系統流量719.42 m3/h，選用某型離心泵2臺，水泵設計揚程H=19～27m，設計流量為360m3/h。

b設備布置

水泵進水管上設電動蝶閥，直徑250mm，壓力0.6Mpa，蝶閥與水泵間設橡膠減震器。在每臺水泵出口設水錘消除器、自動保壓液控蝶閥和自動蝶閥；液控蝶閥為工作閥門，電動蝶閥為檢修閥門。

③出水建筑物

水泵出水管道連接低壓輸水系統主干管道。

2）輸水管道

輸水管道布設情況：主干管道為長1650mΦ500玻璃鋼管；垂直主干管鋪設4條各長325mΦ200PVC分干管；垂直于分干管每隔130m布置長550mΦ125 PVC支管。

①、管材選擇

綜合考慮價格、性能等因素，選取PVC、玻璃鋼管作為輸水管材，因其具有內壁光滑、水力條件好、地形適用性強、價格低、重量輕、耐腐蝕、使用壽命長等優點。PVC管材連接便捷、接頭強度高，玻璃鋼管材徑價比隨管徑的增大而減小，最后確定Φ500mm管徑以上管道采用玻璃鋼管，以下選用PVC管。

②、工作制度確定

灌溉時，運行方式采用4條分干管全部開放，以每3條支管為一輪灌組、每條支管開啟2個給水栓。

3）田間配套工程

包括排水口及排水閥池、給水栓保護池、閥門保護池。

①、排水口及排水閥池

每條分干管首、末端設同徑閥門，末端閥門用于排出管內余水。排水閥池采用磚混結構，四周圍護結構為磚砌體，頂部為移動式混凝土頂制板。放水池低于自然地面1.0m，寬0.6m，長1.0m，底部鋪設20cm厚砂墊層，以利于余水下滲。

②給水栓及保護池

給水栓沿支管間距50m布設，并設C20預制鋼筋混凝土圓管作為保護池，內徑尺寸為0.4m，總高0.8m，前后面設半徑0.125m圓孔，以操作出水口部件和連接地面移動軟管。

③閥門及保護池

每一閥門處設C20預制鋼筋混凝土保護池，內部長0.5m，寬0.4m，總高0.8m。

3、存在的問題及采取的措施

近年來，受小浪底樞紐工程控制下泄流量等因素影響，除調水調沙期間外，下游黃河水含沙量大為減少，年均含沙為2.19千克/立方米（2016年黃委公布數據）。項目區引黃灌溉主要集中在三四月份春灌時期，主要為冬小麥返青、生長需要提供用水，此時段黃河水含沙量更小。但低壓管道輸水系統長期運行后產生的淤塞問題，仍然是該項技術在渠灌區應用所面臨的最大挑戰。要疏解這一棘手難題，可采取措施有：

1）清水沖淤

每次灌溉開始前，先用清水或抽取表層含沙較少的黃河水，沖刷管道內的淤泥，以增大過水斷面，提高灌溉效率。

2）控制管道輸水流速

灌溉時，管道輸水流速按大于臨界不淤流速進行輸水。

臨界不淤流速計算，可參考公式V=3.1351Sv0.2304w0.28[g/D·（ρs-ρ）/ ρ]0.25

以Φ125管為例計算，V=0.26 m/s。其中Sv為體積含沙量，取0.08%；w為泥沙沉降速度，取0.3062mm/s； g為重力加速度，取9.8 m/s2； D為管徑，取125mm；ρs為泥沙密度，取2.6 ×103kg/m3； ρ為水密度，取1.0×103kg/m3。

3）排凈管道內余水

每次灌溉完成，可利用每個分干管末端設的放水口，將管道內余水徹底排凈，以防止冬季凍脹和泥沙沉積淤塞管道。

4、總論

通過項目區實踐，在處理好管道內泥沙淤積問題的前提下，低壓管道輸水灌溉技術在黃河下游渠等渠灌區應用可行，具有良好經濟和社會效益，符合現代農業發展，值得推廣。

參考文獻：

[1]渾水管道輸水灌溉的臨界不淤流速研究 水利學報 何武全 第44卷 第3期

[2]黃河下游引黃灌區管道輸水臨界不淤流速試驗 姜金利 人民黃河 第36卷第8期

作者簡介：陳海軍，男，1975年12月生，助理工程師，山東省利津縣水利局.