自压灌溉系统在微灌工程中的运用

2014-03-05邓锦秀喀什农三师勘测设计研究院有限责任公司

河南水利与南水北调 2014年9期

□邓锦秀（喀什农三师勘测设计研究院有限责任公司）

0 前言

管道输水灌溉是利用一定压力将灌溉水由分水设施（灌水器）输送到田间的一种节水灌溉方式，根据提供工作压力的方式不同，又可分为自压灌溉和加压灌溉。自压灌溉是利用自然地形落差将管道累积起来的势能作为节水灌溉所需的工作压力水头；加压灌溉是利用电能通过水泵加压转化成势能（扬程）作为节水灌溉所需的工作压力水头。当灌区地形坡度较大时，应充分利用有利的自然地形条件发展自压管道输水的节水灌溉，它突出的优点就是充分利用自然压差，形成压力管道系统即自压灌溉系统，不需要消耗电能就可解决动力问题，可配套低压管道灌溉、喷灌、滴灌等节水灌溉设施，其中自压滴灌系统所需工作压力为400 kPa及以上。

自压灌溉必须同时具备2个条件：一是能够提供系统工作所需压力水头的自然地形条件，自压灌溉就是利用自然地形落差形成压力水头自流灌溉；二是自然地形落差越大形成压差的管道长度就越短，即水源地（输水管道入口）与灌区的距离不能太远，否则会增加投资，从而降低经济效益。

1 自压灌溉系统在微灌工程中的运用

1.1 灌区概况

新疆莎车县0.13万hm2开心果滴灌工程自压灌溉系统位于喀喇昆仑山前洪积、冲积倾斜平原，叶尔羌河喀群渠首下游30 km处，靠近喀喇昆仑山出山口,地势连绵起伏,高低不平，表层耕种土浅薄，约0.50~1m，土层下为砂砾石层，保水性差。地形由北向南倾斜,纵坡约1%，南北长5.10 km，东西宽1.90~2.80 km,灌溉面积0.13万hm2，距离县城约65 km，无输变电设施。叶尔羌河属冰川融雪补给型河流，多年平均径流量为77.29亿m3。工程水源为叶尔羌河喀群一级电站尾水，电站常年发电，常年有水，水源地距工程区约5.10 km，输水管道入口地面高程为1387 m，灌区入口最不利地面高程为1337m，地形落差约50m，能够满足滴灌系统所需的工作压力水头。

1.2 节水工程规划设计

1.2.1 自压灌溉系统的组成

自压灌溉系统包括：水源、首部枢纽（拦污栅、闸门、量水设备、输水渠或管、沉沙池和压力池）、输水管网系统、田间灌溉系统。首部枢纽的作用主要是保证有足够的水量供应，同时，保证水质清洁，避免管网堵塞。田间灌溉系统选用“支管+毛管”的滴灌系统模式。

1.2.2 管网布置

管网包括总干管、干管、分干管、支管、毛管五级管道。总干管由北向南从灌区内部穿过，总干管两侧分别布置10条干管，将灌区划分为10个区，每个区管网沿地形顺坡成梳式布置。干管位于每个区的最高处，分干管顺坡布置在干管南侧，支管对称布置在分干管两侧，毛管沿作物行向布置在支管南北两侧。条田尺寸长500m×宽315m，1个条田有8条支管。支管每条长75 m，毛管顺坡向长152.50m，逆坡向长92.50m，每对总长245m，每行作物布1条毛管，毛管间距6m。灌溉系统的控制装置主要有控制阀、进排气阀、安全阀、排水阀等。

1.2.3 灌水器

结合砂壤土特征及开心果种植模式（行距6m，株距5m），灌水器选用管上压力补偿式滴头，3个滴头安装于管径为4mm的PE环状微管上，单个滴头额定流量4 L/h，环状微管绕树布置，环状直径约80 cm，环状微管用旁通与毛管连接，毛管上每隔5m 1个出水孔。毛管选用外径20mm，壁厚1.30mm，公称压力0.25MPa，滴头工作压力10m的滴灌管，滴灌管用三通与支管连接，滴灌管沿种植行布置，间距6m。

1.2.4 水力计算

灌区管网的最大地形落差达80m（输水总干管入口至总干管末端），为降低工程投资，在允许的运用条件下，为保证管网不出现过大压力，各级管道能按设计出流。管网水力计算遵循的原则：一是各干管、分干管为续灌，分干管对支管按轮灌组供水。二是为保证正常分水并切断上下级管段的有压水力联系，上下级和管道的连接处，一般均设有分水阀。三是每个条田只允许开启1条支管运行。四是采取分组轮灌工作制度，水力计算以1个轮灌组为基础，毛管流量为毛管上的分流孔数与单孔流量的乘积，支管流量为其所控制毛管流量的总和，分干管流量由支管分段逐渐累计得出，主干管流量由分干管逐渐累计得出，总干管流量由各主干管逐渐累计，得出：总干管流量Q总＝1282.80m3/h（0.38m3/s）。

根据水力计算，确定出各级管道的管径、管材，输水总干管采用玻璃钢管，工作压力0.60MPa，干管、分干管采用UPVC管，工作压力0.40~0.80MPa，支管、毛管采用PE管，工作压力0.25 MPa。

1.2.5 运行管理

三分建，七分管。实行统一领导，分级或集中管理。要加强技术培训，提高管理水平；要明确工作职责和任务，实行滴灌产业化管理；要加强用水管理，按照工作制度适时灌溉。

1.2.5.1 管网运行管理

第一次运行时要对管网进行检查、试水，保证管道通畅、无漏水、闸阀启闭灵活、测量仪表盘清晰、阀门井中无积水。灌水时每次开启一个轮灌组，当一个轮灌组结束时应先开启下一个轮灌组，再关闭上一个轮灌组，严禁先关后开。将系统运行压力控制在设计压力以下，保证系统安全。在播种、定苗、除草时不要损坏滴灌带。灌水季节结束后应对输水管道进行全面检查，清除管道内淤泥，排出余水。

1.2.5.2 设备运行管理

当沉沙池积沙达到设计沉沙深度时应及时排沙清淤。每次运行前要对过滤器进行清洗，过滤器进出口压力超过正常压力差的20%~30%时要进行反冲洗或清洗，严格按过滤器的设计流量与压力进行操作，不得超压、超流量运行。施肥灌中注入固体颗粒不得超过施肥罐容积的2/3，并定期清洗施肥罐。每年灌水季节结束后应对设备进行全面检查，并对设备进行维护保养。

2 自压灌溉系统的运用效果

结合项目区存在的制约因素，根据自压灌溉系统的优点，分析自压灌溉系统在项目区节水灌溉中的运用效果。

2.1 节约水资源

相比于传统地面灌溉和加压灌溉，自压灌溉从水源到田间均采用管道输水，沿程损失小，水的利用系数很高，可节约水资源。通过分析，自压管道灌溉与常规地面灌溉和加压管道灌溉相比可分别节水28%和16%。

2.2 缓解供电压力，提高农业保证率

莎车县加压高效节水灌溉面积达1.33万hm2，灌溉高峰期抢占工业用电，农业用电保证率低，很多加压高效节水灌溉系统无法正常运行。因此，工程因地制宜利用自然地形条件发展自压灌溉系统解决动力问题，来缓解供电压力，提高农业保证率。

2.3 节约能源，降低运行成本

自压灌溉系统是利用自然地形落差解决动力问题，每年运行费用低，加压灌溉系统消耗电能，每年运行费用高（主要为电费）。其中节水灌溉设施尤其是滴灌对灌溉水质要求高，必须设置过滤设施，而过滤设施在工作过程中需对自身进行清洗，一般清洗需工作压力100 kPa，自压灌溉系统可为过滤设施提供足够的压力水头，而不必利用外部电源，减少能耗，降低运行成本。

2.4 运行稳定性高

自压灌溉系统输水管道埋于地下，不易受外界因素影响，运行稳定性高，可安装流量计精确配水，减少管理工作量；而加压灌溉系统易受电力系统容量、线路检修及其他情况影响，往往不能正常工作，需要专业管理人员随时待命。

3 自压灌溉系统存在的问题

工程自压灌溉系统主要存在问题一是需要建设规模较大的沉沙调节池及前池，占地较大。工程沉沙池采用的是水力定期冲洗式沉沙池，沉沙池及前池占地面积合计4440m2，约0.44 hm2，占地面积很大。二是对节水灌溉设备和管材要求高。输水总干管为玻璃钢管，一次性投资较大，约为加压节水灌溉系统投资的1倍。三是对灌溉管理人员要求较高，管理人员必须掌握自压灌溉系统运行、维护、安全管理的相关知识和技术，才能保证工程效益的有效发挥，因此必须对管理人员进行严格的技术培训，达标上岗。