低壓管道灌溉在小型農田水利工程中的應用

陳秀芳

摘要 低壓管道灌溉工程不似滴灌、噴灌等農田節水技術工程需要大量的前期投入和后期的精心維護，僅需要較小的前期投入和后期管理就能夠將灌溉用水輸送至田間地頭，滿足農民生產用水的需求。低壓管道灌溉工程在我國小型農田水利工程的建設和應用中發揮著重要作用。基于此，從低壓管道灌溉的應用價值入手，分析影響低壓管道灌溉發揮作用的因素，探討低壓管道灌溉工程的系統規劃布置，為提高小型農田水利工程發揮應有作用奠定基礎。

關鍵詞 小型農田水利工程;低壓管道;灌溉;應用

中圖分類號：S274 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）03–0164–03

小型農田水利工程主要指為解決農業灌溉、農村飲用水而修建的小型灌排工程，通常包括引水系統、排水系統、蓄水系統，具備調節水資源分布、滿足農業生產用水、滿足農村生活用水的價值。低壓管道灌溉工程是常見的小型農田水利工程引水系統形態，主要應用在于地形較為平坦、輸水壓力小的灌溉區域，只需要較少的前期投入和建設施工即可完成工程建設，滿足將水資源從水源地引至田間地頭的生產需求。低壓管道灌溉工程比傳統的溝渠輸水有更好的節水效果，建設資金投入和勞動力投入比滴灌、噴灌等工程更低，從適用性和實用程度上來看，更適合我國大部分農村地區。主要討論了低壓管道灌溉工程的設計和使用。

1 低壓管道灌溉在農業生產中的價值

低壓管道灌溉是指壓力不超過0.3 MPa的管道輸水灌溉行為，無需消耗大量的電能制造輸水高壓，無需大量的前期建設投入，是一種適用范圍廣、利用率高、成本低的灌溉工程[1]。低壓管道灌溉可廣泛應用于河流、水庫、水井和農田，滿足農業生產對灌溉水的需求。

根據實際調查可知，低壓管道灌溉比傳統渠道灌溉節水30%，比噴灌、滴灌等灌溉方式節能，建設投資成本遠低于噴灌、滴灌等方式，前期建設耗時短，是我國農業發展的必要一環。我國不僅是一個人口大國、農業大國，還是一個水資源相對緊缺、分布不均勻的國家，發展低壓管道灌溉符合我國農業發展的根本需求。

目前，國內低壓管道灌溉輸水工程的建設存在很多問題，針對已經修建完成的低壓管道管理不到位、農業生產管理領域普遍缺乏節水意識，導致低壓管道灌溉未能發揮出應有的作用。隨著水資源短缺問題日益嚴峻，可用于農業生產灌溉的水資源比例不斷下降，灌溉水不足直接導致作物的產量和質量受損。民以食為天，農田產量不高的結果必將影響社會的穩定，建設好低壓管道灌溉工程是緩解問題的關鍵。

2 影響低壓管道灌溉應用的因素分析

2.1 地形因素

低壓管道灌溉工程的特征在于“低壓”，這就限制了灌溉方式的應用范圍。地形較為平坦、高差小的農田區域更適合應用低壓管道灌溉工程，地形坡度高、高差大的農田區域不適合應用低壓管道灌溉技術。根據設計和實際使用情況調查可知，在地形坡度小于6°的平坦農田區域適合建設低壓管道灌溉工程，因為坡度低于6°的平坦地形對灌溉供水的壓力要求小，所以泵站、管道的建設難度都比較小，施工成本低且建設使用后的運行穩定程度高。若地形坡度在6°～25°范圍內，屬于坡度較緩的農田區域，適合應用低壓管道灌溉工程，但建設難度、建設成本、泵機運行穩定性都會隨著坡度的增加而增加。若地形坡度超過25°，則說明該農田區域不適合應用低壓管道灌溉技術，因為低壓泵機已經不能滿足灌溉水的輸送需求，耗能大且輸送水量小，存在耗能、耗水的情況，需要采用其他灌溉方式。

2.2 水源因素

低壓管道灌溉工程中，灌輸用水的流動速度不快，水分中含的雜質容易在管道中沉積，因此，對灌溉水水源的質量有一定的要求。若當地水源的含雜質程度較高，則說明當地不適合建設封閉式的低壓管道，因為雜質堵塞封閉管道而無法有效清理，更適合使用敞開式的低壓管道。但這樣的低壓管道受到蒸騰作用的影響，節水效率下降，需要管理人員做好敞開式管道的覆蓋物管理，降低管道輸送過程中蒸發失水量。

此外，過長的灌溉輸水距離容易造成水頭損失，如果采用敞開式管道形式，蒸發損失量也會增加，因此，在輸水距離過長的情況下可考慮階段性水源地取水，即在灌溉水源附近、灌溉區中部選擇水質相近的供水支點，盡可能縮短灌溉水的輸送距離。這樣的方式既能夠避免輸水過程中的浪費，又能夠避免大量抽取水源地的水資源，避免影響水源地生態，實現可持續發展。

2.3 施工水平

低壓管道灌溉工程屬于前期投資小、工程隱蔽、使用年限長的工程，施工水平的高低會直接影響灌溉效果和工程施工效果。若施工水平不足，管道施工存在封閉不足、管道傾斜下沉等問題，很有可能導致灌溉水在管道運輸過程中出現滲漏損失，影響單位泵機能耗輸送的水量，以及農田灌溉效果[2]。因此，施工團隊必須提高施工水平，從管道開挖開始做好質量監管，確保管道地基的強度和承載力滿足工程需求，不會輕易出現管道下沉、開裂的情況;確保敞開式管道的銜接質量，確保封閉式管道的密封程度，減少低壓管道滲漏失水的可能性;確保泵機與管道銜接質量，減少灌溉水低壓輸送過程中的水源損失;做好敞開式管道的覆蓋施工，減少蒸騰作用造成的灌溉水蒸發損失。只有施工水平達到工程標準，才能夠保證低壓管道灌溉工程的作用得以發揮，滿足農業生產灌溉用水需求。

2.4 低壓管道灌溉工程管理水平

低壓管道灌溉工程由低壓泵站、灌溉水輸送管網、農田放水口、各類控制閥門、流量表等部分組成，這些工程環節都需要日常運維來維持正常工作的狀態，保證灌溉水能夠順利從水源地抽取至農田，保證農民的農業生產用水。

目前，農田低壓管道灌溉工程多以一個低壓泵站連接多個農田板塊放水口，滿足多個區域的灌溉用水需求，因此，需要運維團隊通過日常維護、管理保障整個灌溉工程的運行質量，充分提升低壓管道灌溉工程的運行效率。

3 低壓管道灌溉工程的系統規劃布置

3.1 低壓管道灌溉的管網布置形式

低壓管道灌溉系統通常由干管和支管組成，干管負責從灌溉水源向灌溉區域進行水體輸送，支管負責從輸水干管中分接水體送入農民各自的農田放水口，形成有效的灌溉，管網整體呈現“豐”字形[3]。由于農業生產并非全年進行，且不同時期的灌溉需水量不同，低壓管道灌溉系統中的干管通常以封閉形式埋設在地面以下，若水源水質不允許使用封閉管道，則采用敞開式+覆蓋的方式進行掩埋鋪設;支管則以閥門與干管連接，進行可移動連接，使用時銜接上放水，不使用時從閥門處拆解開，收攏起來。這樣的管網布置方式能夠有效縮小管網布置所需的耕地面積，減少低壓管道前期施工所需的成本和工期，提高低壓管道灌溉工程的利用效率，更適合灌溉區域內的農業生產需求。

低壓管道灌溉工程的管網設計人員應綜合考量水源與灌溉區域之間的距離、水源地與灌溉區域之間的高差、水源地水質情況等參數，對灌溉工程的管網布設進行綜合設計，確保管道工程的施工質量和施工效率。在設計管網時，應充分考量灌溉區域大小、管道長度、敷設覆蓋面積之間的關系，避免管網灌溉面積大于灌溉區域需求，或管網灌溉面積小于灌溉區域需求而造成灌溉水資源浪費或無法滿足農業生產需求的情況。而且，設計人員需充分考量當地灌溉區域內農民種植農作物的位置，選擇管網能夠穿越最多灌溉點位的路線，盡可能縮減輸水距離，提高水資源利用率。低壓管道灌溉工程中的支管需要用閥門與干管銜接，設計人員需要規劃好閥門位置，一方面，對應農民種植農作物的走向開設閥門口;另一方面，盡可能避免干管上2個支管閥門開口位置過近，避免支管同時開啟時影響下游支管的輸水效果。

以某灌溉區域為例，灌溉區域整體形態近似長方形，南北方向寬約700 m，東西方向長約1 400 m，設計人員選擇東西方向上一頭一尾的2個水源地作為灌溉取水源頭，低壓管道的干管以東西走向穿過灌溉區域，實現對整個灌溉區域的覆蓋。低壓管道的支管以南北走向連接干管，支管閥門與閥門之間的距離控制在75 m以上，南北雙向開設布置，滿足位于干管兩側的農田灌溉用水需求。

3.2 低壓管道灌溉工程的管材選擇

低壓管道灌溉工程主要通過管道實現灌溉水輸送，因此，管材是影響管道工程應用質量和灌溉水安全的關鍵。目前，我國的低壓管道灌溉工程中常選用聚乙烯管作為管材，聚乙烯是一種無毒管材，可以與生產生活用水接觸，且聚乙烯管具有較高的柔韌性、耐高溫性，能夠滿足低壓管道灌溉系統中支管重復收攏、重復使用的需求。

除了聚乙烯管外，聚氯乙烯管（PVC）也是一種低壓管道灌溉工程中常用的管材，聚氯乙烯本身無毒性，所添加的增塑劑、防老化劑等輔料存在毒性，不可用于食品包裝物，也不可在50℃左右的環境中使用，但低壓管道灌溉輸水的工作環境遠低于這個溫度，且不與食品接觸，因此不會對管道中的灌溉水形成污染，滿足低壓管道灌溉使用需求。隨著科學技術的不斷發展，聚氯乙烯改性試驗是很多材料企業的研究方向之一，改性后的新型聚氯乙烯安全程度提升、危害程度下降，能夠進一步滿足灌溉管道所需。

3.3 低壓管道灌溉工程的水力計算

在管道灌溉工程的水力計算中，出水口尺寸、管徑、水頭損失、調壓井頂高程、水泵揚程等都是設計人員計算的主要對象，計算準確與否直接關系到水資源的利用率，關系到低壓管道灌溉工程的節水和灌溉效果。

以農田出水口的尺寸水分設計為例，設計人員需要參考生產廠家設計的出水口流量與壓力之間的關系，選擇合適的出水口型號，或按照出水口內徑d=8.94（q / u）0.5h-0.25進行計算，其中，u為出水口流量系數，取值通常在0.6～0.62之間，h為出水口，一般工作壓力通常取值在0.3～0.5 m之間，q為出水口流量[4]。

管徑尺寸計算需要結合周邊出水口同時工作時的最大流量、最小流量進行計算，最小流量與最大流量之間的關系系數通常取0.75，管徑計算D=18.8，其中，v為管道內經濟流速。關于v的取值，設計人員需要根據管道使用的市場調查情況進行取值，取值范圍根據不同的管材判斷，若管材為PE管，則取值范圍為1.0～1.2，技術規范中推薦的取值范圍存在偏大的問題，若直接按照技術規范取值判斷則可能影響低壓管道灌溉工程的正常運行效果。

做好相關水力計算是保證低壓管道灌溉工程運行質量和效果的基礎，設計人員應盡量避免從現有的設計方案中直接照搬，畢竟每個灌溉區域、水源地的細節情況不同，可供計算的參數不同，需要設計人員因地制宜地設計低壓管道灌溉管網。

3.4 低壓管道灌溉制度的設計

低壓管道灌溉系統在設計規劃的過程中，為保證灌溉的有效性，需要工作人員明確灌溉制度，依托灌溉制度，做好低壓管道灌溉系統的日常管理和維護工作[5]。灌溉系統的運行需要符合農業生產的基本要求，灌溉工程運維人員需根據當地農業生產期間的溫度、濕度、降雨量、土壤以及農作物需水的生產情況科學調控灌溉輸水量，為灌溉區域內的農作物生長發育營造出良好的外部環境。基于這種認知，在低壓管道灌溉系統灌溉制度的設立環節，工作人員需要將灌溉時間、灌溉總量以及灌溉頻率等作為重要參數，將其作為基礎確立相應的制度，并不斷優化。通過這種方式，能夠在短時間內科學地判定低壓管道灌溉系統的灌溉制度，為后續相關工作的開展提供參考，保證灌溉工作的有效性與合理性，實現對水資源的科學利用。灌溉制度的設計和執行效果是評價工作人員工作效果的重要參數，應引起相關部門和工作人員的重視。

4 結束語

對農業生產地區而言，灌溉是影響農田單位產量、作物質量的重要因素，水資源分布直接影響著農民的農業生產操作，將灌溉用水送到田間地頭是鋪設灌溉管網工程的最終目的。低壓管道灌溉工程是一種低能耗、節水、適用范圍普遍的灌溉工程，建設投入成本低、施工工期較短，在我國的灌溉區域內使用頻率較高。工程建設人員應充分正視工程建設中的問題，增強低壓管道灌溉工程在小型農田生產中的使用效果，強化現代化農業生產建設，滿足農業生產所需。

參考文獻

[1] 高繼煒.對小型農田水利工程中節水灌溉技術的思考[J].農業科技與信息，2021（6）：93-94.

[2] 王若宇.江蘇稻麥輪作小型機電灌區低壓管道灌溉設計[D].揚州：揚州大學，2019.

[3] 季光武.低壓管道灌溉輸水在灌區工程建設中的應用[J].科學技術創新，2020（4）：106-107.

[4] 李方園.上海市糧田低壓管道灌溉系統實施效果與關鍵技術探討[D].揚州：揚州大學，2020.

[5] 劉杰.低壓管道灌溉在小型農田水利工程中的應用[J].價值工程，2020，39（8）： 213-214.

責任編輯：黃艷飛

Application of Low-Pres-sure Pipeline Irrigation in Small Irrigation and Water Conservancy Projects

CHEN Xiufang （Minle County Water Bureau， Minle，Gansu? 734500）

Abstract Unlike drip irrigation， sprinkler irrigation and other farmland water-saving technology projects， low-pressure pipeline irrigation projects require a large amount of early investment and careful maintenance in the later stage. Only small early investment and later management can transport irrigation water to the fields and meet farmers' demand for production water. Low pressure pipeline irrigation plays an important role in the construction and application of small irrigation and water conservancy projects in China. Based on this through the application value of low-pressure pipeline irrigation， analyzed the factors affecting low-voltage pipeline irrigation， discussed the system planning and layout of low-pressure pipeline irrigation project， and provided the foundation for improving small irrigation and water conservancy projects to play its due role.

Key words Small irrigation and water conservancy projects; Low-pressure pipeline; Irrigation; Application