低压管道输水灌溉技术在节水灌溉改造中的设计与应用

2018-02-13马辰

江西农业 2018年3期

马辰

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830001）

1 低压管道输水灌溉技术概述

低压管道输水灌溉技术又被称为“管灌”，是一种以管代渠的农田灌溉形式。“低压”是指田间最末级管道出水口的工作压力明显低于微灌喷水口或喷灌的工作压力，通常小于3.0 kPa。就管道灌溉系统设计工作压力来说，丘陵地区要求≤0.2 MPa，平原地区≤0.1 MPa[1]。与传统的输水灌溉方式相比，这种输水灌溉技术能有效减少输水过程中的渗漏、蒸发，达到节水目的。同时，管网系统主要埋在地下，能有效提高土地利用率。总的来说，这项节水灌溉技术有节水、省地、省工等优点。

2 低压管道输水灌溉系统组成部分

2.1 水源与取水工程管道输水灌溉系统的水源必须符合相关规定，不能含有过多的杂物，如泥沙、杂草等。对于井灌区的取水工程，需综合考虑用水量、扬程大小等多方因素，才能配备水泵的配套设施，包括压力表、水表、动力机等。

2.2 输水配水管网系统主要包括管道输水灌溉系统中的各种管道、分水设施、相关保护装置及其他附属设施。

2.3 田间灌水系统这是指出水口以下的田间部分，但仍将其归为地面灌水系统。为确保灌水均匀，并最大限度地减少灌水定额，通常可借助地面节水灌溉技术来实现。

3 低压管道输水灌溉系统规划设计要点

按照管道的可移动程度，低压管道包括3种，即固定式、半固定式、移动式[2]。

3.1 管道布置原则管网布置属于低压管道灌溉系统设计中的核心环节，整个系统成本中70%以上都是用于管道系统建设。根据下列原则来布置管网：在布置井灌区的管网时，尽量将单井作为一个完整系统，首先确定好给水栓的位置，再尽可能将所有管道进行垂直分布，以尽量节省管线；借助地形落差来达到自流输水的目的；最末一级固定管道的走向必须参考作物种植方向，二者方向一致。同时，管线分布要平顺，尽量避免起伏折点，从而便于农田管理。

3.2 管材的选取通过经济流速法来选取合适的管材，流速与管径大小均需结合具体的管材而定。管材价格、使用寿命、系统的施工成本及动力价格等是影响经济流速的常见因素。如果管材价格偏高，动力价格偏低，则应选取较大的经济流速值；反之，应选小值。管道直径计算公式为待计算出管道直径大小后再挑选相邻内径的商品管道。其中，d是指管道直径（mm），Q表示管段的设计流量（m3/h），v表示管内水流流速（m/s）。

3.3 计算管道压力与水泵的选配

3.3.1 沿程水头损失这是指水流在一定长度的顺直管道内流动时的压力水头损失。计算公式为h沿=f×（Qm/dn）×L，其中h沿是指沿程阻力损失（m），L表示对应管道的实际长度（m），dn表示管道内径大小（mm），Qm表示管道流量（m3/h），m表示流量指数，n是指管径指数。

3.3.2 局部水头损失定义是指水流在管道中流动过程中经过不同管道（三通、弯管、闸门、变径管）所产生的压力水头损失。计算公式为h局=εv2/2g，其中h局表示局部水头损失（m）；v表示管道平均流速（m/s）；g代表重力加速度，大小为9.81 m/s2；ε表示局部水头损失系数。管道中所有弯头、三通、闸门等水头损失的总和就是管道的总局部水头损失，在工程实践中通常做法是取管道沿程水头损失的10%～15%[3]。

3.3.3 首部压力水头损失要计算低压管灌首部枢纽需要的压力水头值时，通常先选取典型推算点，即系统中最难灌到的点。随后将管路水头损失相加再往上推算就可，计算公式为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头（m），h沿表示沿程的局部水头损失（m），h局表示局部水头损失（m），H灌表示灌水给水口的工作水头（m），Δ是指典型点高程与枢纽洪水点高差（m）。

3.3.4 水泵选配对于抽水机或机井来说，水泵扬程可根据下列公式计算：H泵=H首+H井+H泵损。其中，H首表示管道灌溉首部枢纽需要的工作水头（m），H井代表抽水站水源的水位或机井动水位（m），H泵损表示水泵的沿程与局部水头损失的总和（m），H泵表示水泵所需的扬程（m）。