低壓管道輸水灌溉技術在節水灌溉改造中的設計與應用

馬 辰

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆烏魯木齊 830001）

1 低壓管道輸水灌溉技術概述

低壓管道輸水灌溉技術又被稱為“管灌”，是一種以管代渠的農田灌溉形式。“低壓”是指田間最末級管道出水口的工作壓力明顯低于微灌噴水口或噴灌的工作壓力，通常小于3.0 kPa。就管道灌溉系統設計工作壓力來說，丘陵地區要求≤0.2 MPa，平原地區≤0.1 MPa[1]。與傳統的輸水灌溉方式相比，這種輸水灌溉技術能有效減少輸水過程中的滲漏、蒸發，達到節水目的。同時，管網系統主要埋在地下，能有效提高土地利用率。總的來說，這項節水灌溉技術有節水、省地、省工等優點。

2 低壓管道輸水灌溉系統組成部分

2.1 水源與取水工程 管道輸水灌溉系統的水源必須符合相關規定，不能含有過多的雜物，如泥沙、雜草等。對于井灌區的取水工程，需綜合考慮用水量、揚程大小等多方因素，才能配備水泵的配套設施，包括壓力表、水表、動力機等。

2.2 輸水配水管網系統 主要包括管道輸水灌溉系統中的各種管道、分水設施、相關保護裝置及其他附屬設施。

2.3 田間灌水系統 這是指出水口以下的田間部分，但仍將其歸為地面灌水系統。為確保灌水均勻，并最大限度地減少灌水定額，通常可借助地面節水灌溉技術來實現。

3 低壓管道輸水灌溉系統規劃設計要點

按照管道的可移動程度，低壓管道包括3種，即固定式、半固定式、移動式[2]。

3.1 管道布置原則 管網布置屬于低壓管道灌溉系統設計中的核心環節，整個系統成本中70%以上都是用于管道系統建設。根據下列原則來布置管網：在布置井灌區的管網時，盡量將單井作為一個完整系統，首先確定好給水栓的位置，再盡可能將所有管道進行垂直分布，以盡量節省管線；借助地形落差來達到自流輸水的目的；最末一級固定管道的走向必須參考作物種植方向，二者方向一致。同時，管線分布要平順，盡量避免起伏折點，從而便于農田管理。

3.2 管材的選取 通過經濟流速法來選取合適的管材，流速與管徑大小均需結合具體的管材而定。管材價格、使用壽命、系統的施工成本及動力價格等是影響經濟流速的常見因素。如果管材價格偏高，動力價格偏低，則應選取較大的經濟流速值；反之，應選小值。管道直徑計算公式為待計算出管道直徑大小后再挑選相鄰內徑的商品管道。其中，d是指管道直徑（mm），Q表示管段的設計流量（m3/h），v表示管內水流流速（m/s）。

3.3 計算管道壓力與水泵的選配

3.3.1 沿程水頭損失 這是指水流在一定長度的順直管道內流動時的壓力水頭損失。計算公式為h沿=f×（Qm/dn）×L，其中h沿是指沿程阻力損失（m），L表示對應管道的實際長度（m），dn表示管道內徑大小（mm），Qm表示管道流量（m3/h），m表示流量指數，n是指管徑指數。

3.3.2 局部水頭損失 定義是指水流在管道中流動過程中經過不同管道（三通、彎管、閘門、變徑管）所產生的壓力水頭損失。計算公式為h局=εv2/2g，其中h局表示局部水頭損失（m）；v表示管道平均流速（m/s）；g代表重力加速度，大小為9.81 m/s2；ε表示局部水頭損失系數。管道中所有彎頭、三通、閘門等水頭損失的總和就是管道的總局部水頭損失，在工程實踐中通常做法是取管道沿程水頭損失的10%～15%[3]。

3.3.3 首部壓力水頭損失 要計算低壓管灌首部樞紐需要的壓力水頭值時，通常先選取典型推算點，即系統中最難灌到的點。隨后將管路水頭損失相加再往上推算就可，計算公式為H首=H灌+h沿+h局+Δ。其中，H首表示管道首部需提供的供水水頭（m），h沿表示沿程的局部水頭損失（m），h局表示局部水頭損失（m），H灌表示灌水給水口的工作水頭（m），Δ是指典型點高程與樞紐洪水點高差（m）。

3.3.4 水泵選配 對于抽水機或機井來說，水泵揚程可根據下列公式計算：H泵=H首+H井+H泵損。其中，H首表示管道灌溉首部樞紐需要的工作水頭（m），H井代表抽水站水源的水位或機井動水位（m），H泵損表示水泵的沿程與局部水頭損失的總和（m），H泵表示水泵所需的揚程（m）。

4 結語

低壓管道輸水灌溉技術具有節水、省地、省工等諸多優點，符合現代農業結構調整要求，也能滿足農業生產高效節水、增產的戰略需要。因此，要加大力度推廣這項技術，盡快完善管網系統及相關設施，并抓好日常的養護與維修，充分發揮低壓管道輸水灌溉系統的作用。

[1]羅江鋒.灌區低壓管道灌溉技術的應用研究[J].科技風，2014（17）：33.

[2]張信和.低壓管道輸水灌溉技術[J].價值工程，2014（26）：79-80.

[3]王華亮.河北省農業灌溉工程節水技術效益分析與計算[J].南水北調水利科技，2010（2）：15.