低壓管道輸水灌溉技術在灌區節水改造中的設計與應用

文/王棟 濱州市沾化區水務局 山東濱州 256800

灌區作為我國規模化生產糧食的重要基地，其為我國工農業的可持續發展做出了巨大貢獻。灌區節水改造以減少水量損失，提高農業資源利用率，一直是灌區農業發展值得關注的重點問題。這一背景下，低壓管道輸水灌溉技術被逐漸引入到灌區節水改造中，且取得了良好的應用效果。低壓管道輸水灌溉技術主要是指利用灌區地形高差形成的自然壓力或低耗能機泵提供的壓力，以低耐壓管道替代明渠輸水，從而將水源引入到田間，從管道分水口直接將水輸送到田間溝、畦，然后進行地面灌溉的一種技術。

1、低壓管道輸水灌溉系統的設計與應用

1.1 系統的總體布置

以山東菏澤灌區為例，此工程低壓管道的輸水灌溉面積達到四千畝左右，其系統設計結構以開敞式結合半封閉的輸水灌溉形式為主，輸水時管道系統的設計以不完全封閉為主，這樣便可在管網適宜的地方安裝浮球閥和分水調壓井，從而對于閥門進行控制。該系統采用的是地埋干管與支管兩級固定管道，管網系統運用樹枝狀進行布置。值得注意的是進行樹枝狀布置時應盡量與實際地形條件及實際地塊形狀緊密結合，管線盡量平緩、平順，起伏點與轉折點盡可能減少，因為在保證質量的前提下管線越短，工程的造價成本相對就越低。另外，支管間距控制在300米左右為宜，出水口間距控制在120米左右為宜。在每支管道的最低處，以實際地形為依據合理設計排水閥井及排沙口，從而保障管道輸水順利進行。

1.2 取水工程

節制閘和分水閘是取水工程的重要組成部分，通常位于二級或三級干渠40千里左右。具體的布局方式及整體效果應以農戶需求為目的，從而進行科學合理的方案設計。

1.3 引渠工程

引渠工程的質量可一定程度上影響輸水質量，其主要包括引渠與沉砂池兩大部分。其一引渠。引渠通常采用矩形斷面進行設計，其長度、深度及寬度應根據實情而定，其主要作用是為了連接節制閘與沉沙池之間的輸水，結構模式以c20 現澆混凝土模式居多。其二，沉砂池。沉砂池設計時開敞式矩形單箱結構較為多見，以c20現澆混凝土模式、擋土墻式結構居多，總容積在100-200立方米左右。沉砂池與引渠之間要設計一條漸變段將兩者連接，并在沉砂池入口右側設計集水坑，以用于集水。另外，為了提高沉砂效果，通常會把池底設計成倒坡結構，這樣能較為及時地將淤砂清除。

1.4 管道部分

管道部分的主要內容包括確定灌水定額、確定管網設計流量及干管三大部分。其一，確定灌水定額。管道管網設計，一般以農作物生育期內每次最大灌水量值作為設計灌水的定額。對種植多種農作物的灌區，一般采用該階段內主要農作物的最大灌水額作為設計的灌水定額。通常灌水定額采用以下公式來計算：M=66.7r H（β1-β2）β。該公式中，M表示灌水定額，單位為每畝立方米；H表示計劃濕潤層深度，單位為米，該工程中將 H 設為0.8米；β1表示合適土壤含水量上限，取田間持水量的百分之九十五；β2表示合適土壤含水量下限，取田間持水量的百分之六十五；β表示田間持水量，通常定為百分之二十五；r 表示土層內土壤干容量，確定r等于15N/m3。該工程中，經過公式計算得出灌水定額確定為每畝 60立方米。其二，確定管網設計流量。管網設計流量通常采用以下公式確定：

Q 設=mA/（nTt）。該公式中，A表示灌溉的總面積；n表示灌溉水利用系數，低壓管道通常取 0.8；t表示每日工作時間；m表示灌水定額；T表示灌水周期；該灌溉系統中，經過公式得出管網設計流量為2,980m3/h（0.8m3/S）。其三，干管。干管通常選用承插式加筋混凝土型預制管，該類干管不僅價格低，而且安裝較為方便。

1.5 管道建筑物

管道建筑物指的是分水調壓井與出水口。分水調壓井在開敞式輸水灌溉系統中的較為多見，且矩形結構居多，其有調壓、分水、進氣、排氣功能。出水口是干管、支管上的灌溉供水基礎裝置，其將水直接輸送到田間溝、畦處。其通常設置為全鑄鐵結構，采用螺桿調節閥瓣的原理來控制出水口流量。

2、低壓管道輸水灌溉技術應用效果分析

低壓管道輸水灌溉技術與傳統明渠灌溉技術相比，其優勢較為顯著，具體體現在以下幾方面：其一，提高了水資源的利用率，更加節水。運用低壓管道灌溉系統輸水時，不易出現水量蒸發及滲漏等情況與傳統明渠灌溉相比，顯然更加節水。相關文獻資料顯示，其節水量與明渠相比高達百分之三十左右。其二，占用耕地面積少，提高了工程進度。低壓管道灌溉以地下埋藏管網方式為主，這與明渠灌溉相比，占用耕地面積大大減少，使土地資源利用率進一步提高。另外，該灌溉方式不需在田間建設太多的建筑物，輸水時間也較短，縮短了工期，提高了工程進度。其三，使農作物產值提高。低壓管道輸水灌溉具有輸水周期短、水量不易蒸發及滲漏等特點，可很大程度上滿足農作物生長需求，從而提高其產值。其四，管理起來較為方便。低壓管道輸水灌溉技術利用的是壓力供水，可適用于各式各樣的地形。除此之外，灌溉設備較為簡單，技術性不強容易被農戶掌握，管理起來也非常方便。其五，使用壽命相對較長。低壓管道輸水灌溉將管網埋于地下，管道遭不到風吹日曬，不易老化或破損，與明渠灌溉相比，其使用壽命相對較長，管道使用周期一般在50年左右。

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