低壓管道灌溉技術在節水灌溉中的設計應用

童慶權

（肥西縣機電排灌管理中心，安徽 合肥 231299）

一、基本情況

肥西縣山南鎮位于肥西縣西南，是江淮分水嶺綜合治理重點鎮，其國家農業綜合開發2018 年高標準農田建設工程項目區位于山南鎮興莊村，治理高標準農田面積1.69 萬畝。

興莊村屬淠史杭灌區，現有灌溉水源一是依靠托山東支渠，二是依靠磨墩電灌渠，均為尾水灌區，水路遠，水位低 ，特別是磨墩電灌渠三級提水，灌溉成本很高。楊灣河貫穿興莊村西側，河道長度26.5km，流域面積100km2，也是小（1）型托山水庫撇洪溝，河道常年有水，灌溉期間，一家一戶常架設靠埂泵抽楊灣河水源灌溉，灌溉效率低且存在很大安全隱患。2018年在高標準農田項目規劃時，在楊灣河何下郢村民組位置，新建何下郢提水泵站一座，規劃低壓管道灌溉面積500 畝，工程總投資約55 萬元，根據項目區地塊特點，采用干管續灌、支管輪灌的方式。工程建好后，徹底解決了困擾興莊村幾十年的農田灌溉問題。

二、設計原則

本設計結合水源位置，因地制宜，統籌兼顧，合理布置管道系統，做到技術先進、經濟合理、便于管理、運行方便，盡量使線路最短，控制面積大，管線平順。

三、管路布置

低壓管灌工程管路布置一般遵循以下原則：

（一）支管應盡量與耕地方向平行；

（二）支管最好平行等高線布置，至少應盡量避免逆坡布置；

（三）支管間距應控制在50-150m，單向灌水取大值，雙向取小值；

（四）單個給水栓控制面積宜為0.25-0.6hm2。

依據以上原則，根據項目區地形及作物種植方向，干管從提水泵站引出，沿南北向分布，支管也沿南北向布置，每40m 在支管上預留一個放水口，由水流自流入下游田塊，豎管及放水口管采用PVC-U 管，高出地面30cm，放水口采用分體式給水栓，給水栓下設消力井，以防止放水口出水水流對田塊沖刷。

四、灌溉制度

項目區水稻泡田定額為90m3/畝，灌水延續時間與作物種類、灌區面積大小及農業生產勞動計劃等因素有關，根據項目區實際情況，取泡田期T=6天，系統日工作時間t=18 小時。

表1 輪灌分組表

五、灌溉工作制度

根據田塊及放水口布置情況，同時考慮管理方便及可能出現的集中供水，采用干管續灌、支管輪灌，每個支管輪灌1 天。

六、灌溉系統設計流量

（一）毛灌水率（灌水模數）的確定

根據公式：

Q=15A·M/（3600·18·T·Η）=15A·M/（79200·T·Η），式中：Q 是設計毛灌水率（m3/秒·公頃），A 是單位灌水面積（1 公頃），M 是灌水定額（水田中稻泡田定額90 m3/畝），T 是灌水周期（取6 天），Η 是水利用系數（取0.8）。計算得灌水模數=2.0 m3/S.萬畝。

（二）灌溉設計流量

興莊村何下郢組設計灌溉面積500 畝，按以上灌水模數計算，地塊設計灌溉流量Q設=0.1 m3/S=360 m3/ h，實際選用流量為400 m3/ h。

（三）管網各級管道設計流量

管網各級管道設計流量：Q管=N/NQ，其中，Q 是某級管道的設計流量，N是該管道控制范圍內同時開啟的給水栓個數，N 是全系統同時開啟的給水栓個數，Q 是灌溉設計流量（400m3/ h）。

（四）管材與管徑的選擇

根據《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》（GB/T20203-2017），按經濟流速選擇管徑，見表2。

表2 管徑選擇表

公式：D=(4Q管/ΠV)0.5

D—管道內徑，mm；

Q管—管段設計流量，m3/S；

V—管道經濟流速，取1.1 m /S。

干管選用DN355,PVC-U 管 長178m；支管01 選用DN280,PVC-U 管長1450m；支管02 選用DN250,PVC-U 管長1430m。

（五）水力計算

管道沿程水頭損失按計算公示：HF=F×QM/DB×L，其中，HF是沿程水頭損失，Q 是管道的設計流量，L 是管長，D 是管道內徑，F 是管材摩阻系數（取0.948×105），M 是流量指數（取1.77），B 是管徑指數（取4.77），局部水頭損失按沿程水頭損失15%計。

表3 管道水力計算表

按照干管、支管02 最不利條件選擇，經計算HW（干）=0.86m；HW(支管02)=8.84 m；HW=8.84+0.86=9.7m。

出水口高出田面0.3 m，管道埋深0.8m，豎管高度1.1m，出水口工作水頭0.1 m ，末端所需的壓力為出水口工作水頭及豎管高度之和，末端出水口工作水頭為1.1 m，則干管入口處所需的工作水頭(局部水損按10%計)：H m=1.1×1.1=1.21 m。

七、機泵選型

水泵設計揚程方面，根據HP=Hm+ΣHF+ΣHJ+△Z，經計算HP=1.21+8.84+0.86+（8.5-3.9）=15.51 m，其中，Hm 是干管入口工作壓力，ΣHF 是沿程水頭損失之和m，ΣHJ 是局部水頭損失之和，△Z 是水泵出口高程與水泵設計水位高程之差。

站址設于楊灣河河灘地處，楊灣河汛期和灌溉期間水位落差很大，選擇泵型既要在汛期不受淹，又能在抗旱低水位時滿足灌溉要求，因灌溉揚程高，滿足此泵型可以是離心泵和潛水泵，離心泵一方面土建費用高，泵房受汛期水位影響大，而且低水位抗旱時吸水揚程高，容易造成水泵氣蝕和震動等不良現象，經技術經濟比較，選擇潛水電泵。泵房的總體布置根據站址處的地形、地質、水流、供電、環境等條件，要求做到布置合理，有利施工，運行安全，管理方便，不占耕地，美觀協調，泵站進水與河道正交，采用濕室性泵房，現澆鋼筋混凝土結構。據此，泵型選擇QXG400-18.5-30KW 潛水泵1 臺套，銘牌參數，設計流量400m3/ h，揚程18.5 m，功率30KW，重量800KG。

八、泵房設計及水泵安裝方式

泵房設計為濕室型泵房，鋼筋混凝土結構。為保證低水位時抗旱，泵室設計底板高程比河底高程低0.6m，泵室尺寸為3.4m×3.0m，分上下二層，下層安裝水泵，上層安裝配電柜，為滿足防洪要求，配電柜層高程超高10年一遇防洪水位0.5m；泵室引水段長度根據現場地形確定，兩側為鋼筋混凝土擋土墻并設置0.3m×0.3m 鋼筋混凝土支撐梁，引水段底板高程由河底高程逐漸過渡到泵室底板高程，引水段適當位置設置攔污柵和檢修閘門槽。

為便于水泵檢修和維護，水泵采用自動耦合式安裝，維修和保養時可隨時吊起水泵而不需要維修人員進入水坑，安全、快速、方便，同時為便于起吊設備，在配電柜層設置一道起重梁，安裝I28a 工字鋼軌道，配置2T 單軌小車和起重葫蘆。

九、泵站電氣

（一）輸電導線選擇及壓降計算

站址位置現有一臺200KVA 變電站 1 座，距離站址80m，變壓器容量滿足供電需求，選擇YJV22-0.6/1KV-3×25+1×16mm2銅芯電纜作為電源進線，埋地敷設，埋深1m，穿路段穿鋼管保護，因輸電距離較遠，應進行電壓降計算。經計算△U=3.0V ＜5%Ue=19.0V，所選擇導線截面滿足不大于5%電壓降要求。其中，△U=IR；I=Pe÷（1.732×Ue×COSφ）；R=ρL/S；△U 是計算電壓降，I是計算電流，Pe是額定功率（30KW），Ue是額定電壓（0.38KV），COSφ 是功率因數（0.85），銅電阻率ρ=0.0174Ω.m，L 是導線長度（80m），S 是導線橫截面積（25mm2）。

（二）配電柜選擇及防雷與接地

配電柜選用潛水泵專用配電柜，配置專用綜合保護器。配電柜外殼需要可靠接地，沿泵角四周布設四根L50×50×5（L=2000）角鋼作為接地極，接地線采用φ10 圓鋼把接地極、配電柜外殼和泵室主筋互相焊接，要求接地電阻≤4Ω。