低压管灌在农田水利工程中的应用研究

近年来，传统的粗放的渠灌制度已逐渐不再适合现代农业的需要，发展高效、节水灌溉方式是今后农田灌溉的趋势。低压管道输水灌溉是利用管道将水直接送到田间进行灌溉的一项节水灌溉技术，具有节水、节能、节地、易管理、省工省时等优点。在农田水利灌溉中一经推广就得到了广泛应用。本文结合铜山区新增千亿斤粮食产能规划项目探讨低压管灌在农田水利工程中的应用。

一、项目概况

铜山区新增千亿斤粮食产能规划项目中某片区位于窦家村的西北侧，温南中沟南侧，灌溉面积500亩。工程所在地区地势平坦，种植作物以稻、麦轮作为主。灌溉水源为温南中沟，设变频恒压泵站从河道取水向南北两侧的农田灌溉。

根据该地区自然经济条件及《节水灌溉工程技术规范》《低压管道输水灌溉规范》，取灌溉设计保证率为80%。经调查分析确定灌溉水利用系数取0.82。该项目区为小型机电灌区，稻、麦两熟种植区用水最不利时间为水稻泡田期，灌水率计算以满足水稻泡田要求进行设计，根据当地的水稻灌溉经验，在调查分析的基础上，水稻泡田定额取85m3/亩。

二、管网布置及灌溉制度确定

管网的布置形式根据水源位置、控制范围、田块形状等条件，选择树枝状管网形式。窦家村某片区位于温南中沟南侧，管网由干管、支管、出地管和出水口等组成。干、支管和出地管均埋于地下0.7m，支管沿道路一侧进行布置，出水口每间隔30m布置一个，出地管连接干、支管。输水干管根据地形条件布置，支管垂直于作物种植方向。出水口工作压力水头为3.0m。管道在各支管进口处均设阀门井，低压管灌在出水口处设出水口保护筒，用于保护出水口，防止意外破坏，同时还可防止水流对农田的冲刷。

根据田块及出水口的分布情况，同时考虑管理方便和可能出现的集中供水，采用主干管续灌，支管分组轮灌的灌溉方式。该项目采用两个轮灌组。

三、管径及管道水力计算

1.灌水率计算

灌水率采用下式进行计算：

式中：q—灌水率（m3/s）/万亩；m—灌水定额（m3/亩），取泡田定额；T—灌水周期（d），取5d；t—每天灌水时间（h），取20h。

根据以上数据计算灌水率：

q=2.36（m3/s）/万亩。

2.输水管网流量

（1）灌溉设计流量

灌溉系统设计流量按照下式进行计算：

式中：Q总—灌溉系统设计流量，m3/h；q—灌水率，（m3/s）/万亩；A—灌溉面积，亩；η—灌溉水利用系数，取0.82。

计算得灌溉系统设计流量为518.3m3/h。

（2）各级管道设计流量

根据轮灌组划分情况，确定各级管道同时工作的出水口数量，由此确定管道的设计流量。各级管道的设计流量采用下式进行计算：

式中：Q总—灌溉系统设计流量，m3/h；Q—某级管道的设计流量，m3/h；n—该级管道控制范围内同时开启的出水口个数；N—每个轮灌组同时开启的出水口总数。

经计算在最不利情况下，干管设计流量为518.3m3/h，支管最大设计流量为189.6m3/h。

3.管径计算

结合塑料管具有造价较低，糙率小、机械性能好，连接方便；重量轻、运输安装方便，抗腐能力强，寿命长等优点，设计中采用被广泛应用的PVC-U管作为输水管道。

各级管道管径采用下式进行计算：

式中：D—管道管径，m；Q—某级管道的设计流量，m3/h；v—经济流速，一般为1.0～1.5m/s。

结合干、支管设计流量和经济流速，计算干、支管管径分别为400mm和250mm。

4.管道水头损失计算

管道水头损失有沿程水头损失和局部水头损失，结合设计流量和管道管径，根据下式计算管道水头损失：

式中：h—管道沿程和局部水头损失之和，m；Q—管道设计流量，m3/h；L—毛管长度，m；f、m、b—分别为管材的摩阻系数、流量指数和管径指数；对于PVC-U管，f =94800、m=1.77、b=4.77；D—管道内径，mm；k—局部水头损失系数，干、支管k=1.1。

经计算，在最不利情况下，管网水头损失共计3.94m。

总干管入口压力按下式进行计算：

式中：H总—总干管入口压力，m；Z0—管道进口高程，m；△Zi—参考点i处给水栓出口中心线与地面的高差，取0.5m；Zi—参考点i的地面高程，m；在平原地区，参考点i为距水源最远的给水栓；Σhi—管道系统进口至参考点i给水栓的管路水头损失之和，m；h0—给水栓工作水头，m，取3.0m。

经计算，在最不利情况下，总干管入口压力为8.10m。

四、水泵选型及动力配套

水泵进出水管长度按照20m计算，管径为200mm，同时考虑带滤网底阀、弯头、闸阀、缓闭止回阀及电磁流量计等局部损失，加上干管入口处压力，计算设计工况下的水泵扬程为12.4m。

根据设计流量、设计扬程，查水泵厂家提供单级离心泵性能参数表选用2台ISGB200-20A 型立式单级离心泵。电机配套功率为15kW，额定转速为1450r/min。

五、结语

低压管道输水灌溉是目前农业节水灌溉的一项重要技术，在小型农田水利工程中有较广泛应用。通过采用低压管灌等节水灌溉方式逐渐取代传统灌溉方式是适应节水型社会的必然趋势。未来应在实际工程中总结分析经验和不足，为发展节水型社会与基本实现农业现代化作出应有的贡献