农田水利工程中长距离输水管道设计探讨

陈萍

摘要：输水管道具有节能、节力、节地、省时、输水快和节水等众多优点。可是从设计长距离的输水管道角度来看，一定要根据实际地形特点对水利进行准确计算，才能将输水管道自身的优点发挥出来。文章以某工程为例，进一步探究了农田水利工程中如何对长距离输水管道进行设计。

关键词：农田水利工程；长距离输水管道；设计探究

应用管道进行输水灌溉属于主要的农业灌溉方式，因为管道输水不但能够有效减少蒸发损失，还能够降低渗透量，进而使水的实际利用效率得到大幅度提升。输水管道灌溉具有极强的适用性，可以被应用在众多农业灌溉之中，可是针对农业灌溉而言，因为受到地形等众多因素的影响，必须对长距离的输水管道的实际应用所需要面临的问题进行考虑和分析。笔者根据实际工程案列对农田水利工程中输水管道的设计进行了探究，具体探究结果如下。

一、工程介绍

此灌溉工程处于我市某镇区中，灌溉区域是半丘陵半平川的山区，实际海拔约为950米到1000米，是较为典型的半干旱与干旱气候。灌溉区域内的耕作层土壤主要是砂壤土以及壤土，壤土的实际容重是每立方厘米1.50克，田间持水率最大为27%。按照灌溉区域所具有的特点来看，此工程当中应该新打4眼机电井，新建4座井房，按照周围农灌井的相关测试资料显示，单井的实际出水量每小时大约为100立方米至160立方米。动水位在50米至55米间，井深是60米至68米，水质与灌溉要求相符合。通过对当地试验灌溉站的相关实验资料分析，明确平均灌水定额应该是42立方米。安装4台30千伏安的变压器，埋设6045米的管路，架设1.4米的低压线路，灌溉面积约1150亩[1]。

布置管路应该根据当地的实际情况，应用单井独立这种运行方式对管路进行布置，管路应该尽可能的靠近道路边和林带边，这样既能节约大量的耕地，还能够方便进行维修。管道应该采用树枝状管网形式进行布置，干支的两级应该固定管路，毛渠需要临时修建土渠，单井构成干支毛灌溉系统。按照实际情况，出水口间距应该是100米，支管间距也是100米。除此之外，因为此地块主要以砂壤土为主，渗漏量非常大，单口实际出水量一定不能太小，因此，一个轮灌组应该具有2个出水口，每个井的具体出水量应该设计为每小时125立方米，一个轮灌组中的出水口一定要分布在两条以上的支管上。

二、对水利进行计算

此管道工程的水力学计算内容具体如下：水头损失、管道的过流能力、分析水锤影响、管道压力线。

（一）对流量计算进行设计

计算公式：Q=Fm/Ttη此计算公式当中，Q代表单井的实际出水量（m3/h）；F代表单井的具体灌溉面积（亩）；T代表9天是一轮灌周期；t代表一天开机的时间约12小时到16小时；m代表平均的灌水定额（m3）；η代表灌溉的有效利用率η=η管·η毛·η田。

按照已经成功的管灌工程的相关測试，η管=0.95，此灌溉区域内主要就是砂壤土，根据分析可知η毛=0.9η田=0.77。计算成果见表1.

（二）水头的实际损失

1、沿程水头的实际损失

计算公式：hf沿=λLQM/dn此式中，hf沿代表沿程水头的实际损失（m）；L代表管路的具体长度（m）；d代表管道的内径长（m）；λ代表摩阻系数、m代表流量指数、n代表管径指数。

λ=0.948×105m=1.77n=4.77根据上述公式来对管网之中的不利管线进行确定，计算出沿程水头的实际损失，然后累加作为总损失。

2、局部水头的实际损失

将10%的沿程水头损失当做局部水头的损失，也就是hf局=0.1hf沿。

（三）管道的压力线

农田水利工程中长距离输水管道需要通过地段地形非常复杂的区域，并且总水头损失也非常大，确保运行过程中有压管道所有的点都不会有负压出现。如果管道内出现负压，那么管中的水流就会释放出气体，致使管道积气运行，既影响管道的运行效果，又会使管道供水能力无法满足设计要求。管道一旦出现负压，就会使管道的压力线在管顶线之下。计算过程中的压强水头、测压管水头、位置水头的数值都基于计算的实际基准面。计算基准面的公式早已被布置在压力管道之中，最后计算结果既能够确保管道所有断面处的具体压力线比此处管顶高，还能够保证此高度与规定要求相符合，进而确保管道在实际运行过程中能够适应压力的变化。

三、对配套管件和附属建筑物进行设计

因为此灌溉区域的地形坡差约为30%到40%，坡差非常的大，因此长距离的输水管道一直面临着静水压力这个问题，所以，人们通常应用设置消能池以及安装减压阀的方式来解决此问题。在每一个眼井管路的首段安装一个能够进行调节的安全阀，以有效预防给水栓在出水时，破坏给水栓或冲刷毛渠，每一个给水栓处都应该构建一个消能池，壁厚应该为10厘米，高度应该为62厘米、内径应该为80厘米，出水口应该为30*30厘米，底板应该使用C20的混凝土进行固定安装。

此外，此工程一共设计了33个给水栓，所有给水栓都是螺杆式的，水栓体和竖管间主要应用承插进行连接，应用铁丝来包箍，使用胶圈来止水。通常管道沟的深度应该设置在1.9米，底宽应该为0.6米。开挖的过程中毛渠应该按照实际地形情况以及设计流量进行修筑，以使修筑的毛渠达到不淤和不冲等要求。在水泵与管道的连接处设置压力表、逆止阀、安全阀和闸阀，井房内管路应该和地下的输水管直接相连。

结语：

总之，应用输水管道进行农业灌溉，具有众多的优点。因此在对长距离的输水管道进行设计的时候，一定要对灌溉区域的地形进行分析，特别是水锤的影响以及管道压力，以计算出精准的水力，为广大农民的农田灌溉服务。

参考文献：

[1]刘建红，郭东茹，齐向南等.寒冷地区供水工程长距离输水管道设计和施工[J].给水排水，2013，39（5）：98-101.