低压管道输水灌溉技术在灌区节水改造中的应用

2021-04-15王红英

南方农机 2021年7期

王红英

（甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃白银 730499）

当前，我国应用较为广泛的低压管道输水灌溉技术主要是采用低压机泵等设备或是利用地势条件进行引水灌溉，在此过程中，整个压力应保持在0.4MPa以下。根据相关部门统计数据显示，相较于传统灌溉技术，管网输水技术水资源节约率达到传统灌溉技术的3倍以上，水资源利用率也远超于传统技术，达到90%。此外，由于灌溉管网需要深埋地下，耕地面积也可以得到一定程度提升。因此，采用管网灌溉技术可以有效推动我国农业进一步发展，同时也是未来发展的必然趋势。

1 低压管道输水灌溉系统概述

相较于传统明渠灌溉，低压管网灌溉系统在实际应用过程中主要利用低耐压管道配合耗能较低的机泵或是利用地势特点进行引水实现灌溉农田目的。通常情况下，低压管网灌溉系统主要由水源、渠首、干渠、泵房、支渠、前池(拦污栅)、输水管网系统和田间灌溉系统等几个部分组成[1]。该技术主要优势在于利用地势特点或是低耗能机泵形成的压力差完成引水作业，有效降低能源消耗量，同时也可以有效节约人力、物力资源，管道内部不易堵塞，维护工作量得以有效降低。

该技术在实际应用过程中，重点环节主要包括水源及取水工程、输水配水管网系统、田间灌溉系统等几个主要部分。水源及取水工程建设要点在于水源方面应注意选择泥沙、杂草等异物较少的水域作为灌溉水源，避免引水过程中吸入异物导致管道堵塞。取水工程建设过程中需要技术人员在充分考虑灌溉用水量、扬程大小等多方面问题的基础上选择相应的压力表、动力机等配套设施，在井灌区建设过程中需要重点注意该环节；输配水管网系统主要包括各类管道、分水设施、相关保护装置及其他附属设施，共同构成整个灌溉管网，以实现灌溉目的；田间灌溉系统主要指灌溉管网出水口以下的农田部分，但是在实际设计应用过程中，技术人员仍将其归为地面灌水系统。该系统在实际应用过程中主要采用地面节水灌溉技术以实现均匀灌溉并降低灌水定额目的，最终实现兼顾农田灌溉与节水双重目标[2]。

2 低压管道输水灌溉系统设计要点

2.1 取水工程设计要点

当前阶段，我国管网灌溉系统中取水工程设计主要包含三级干渠中的部分分水闸与节制闸，通常情况下，该部分主要设置在三级干渠30km左右范围内，并根据灌区实际需求对具体布局进行相应调整，以满足农田实际灌溉需求。

2.2 渠首工程设计要点

渠首工程主要包括引水渠与沉砂池等两个主要部分。引水渠是连接沉砂池与节制闸的主要纽带，通常情况下该部分主要被设计为矩形断面，以C20混凝土浇筑完成，深度范围保持在1.5m以下，根据实际情况进行调整。沉砂池在实际设计过程中主要以开敞式矩形单箱为主要规格，采用C20混凝土进行浇筑。此外，为实现提升沉砂池结构强度的目的，在设计过程中还融入挡土墙结构。沉砂池与引水渠之间存在一段长度范围在3m左右的渐变段作为连接二者的主要通道。在设计沉砂池过程中，设计人员应注意在其右侧设计相应集水坑。实际应用过程中应注意及时清理沉砂池底部的淤沙[3]。

2.3 管道工程设计要点

2.3.1 灌溉管网管水定额及流量计算

管水定额是低压灌溉管网设计的重要环节，需要技术人员在实际工作过程中采用科学的方法及灌溉实际需求确定最大灌水量数值，以实现节水目的，同时避免过量灌溉影响作物成活率。考虑到不同灌区作物种类不同，对灌溉量的需求存在明显差异，因此，在实际设计管水定额时需要根据公式（1）进行定额计算。

在公式（1）中，M主要表示灌区实际所需管水定额（m3/667m2）；r表示灌区土层中土壤干容量，通常情况下r的确定值为15N/m3；H表示灌溉区计划湿润层深度；β1主要表示灌溉渠含水量最低限度，在确定该数值时主要以65%的田间持水量作为主要标准；β则表示田间持水量，通常设定值为25%。设计人员在实际计算灌水定额时需要将各数值代入公式中并得出相应结果作为后续工程设计的主要标准。

在完成管水定额计算工作后，技术人员还需对管网设计流量进行计算，该环节主要采用公式（2）进行。

在公式（2）中，m表示灌水定额，依据公式（1）计算结果确定数值；A表示灌溉区总面积；n表示灌溉水利用系数，通常情况下，低压管道该数值为0.8；T表示灌溉系统工作时间；t表示灌溉系统灌水周期。技术人员需要将具体数值带入公式中计算得出Q的设定值。

2.3.2 干管部分

干管一般情况下选择当地工程当中使用的非常多、安装很方便而且价格相对低廉的承插式钢筋混凝土型预制管，此种钢管能够很好地节省整体投资，在相应的计算之后，能够清晰地发现灌区的设计流量一般情况下是0.6m3/s，流量损失情况主要依据公式（3）进行计算。

在公式（3）中，f表示干管摩阻系数；Q表示干管每小时出水量；d表示钢管直径。

2.3.3 管道压力计算及水泵选择

1）针对低压输水管道压力方面的计算主要包含沿程水头损失、局部水头损失及首部压力水头损失三个部分。

沿程水头损失是指在一定长度的管道内，水流在流动过程中产生的压力水头损失。针对此指标的计算主要利用公式（4）。

在公式（4）中，h沿表示水流沿程阻力损失，单位为m；L表示所计算管道长度，单位为m；dn表示所计算管道内径，单位为mm；Qm表示所计算管道流量，单位为m3/h；m与n分别表示管道流量指数与管径指数。

局部水头损失是指水流在管道内部流动时，在经过三通、闸门等不通管道时产生的压力水头损失。对此指标的计算主要利用公式（5）。

在公式（5）中，h局表示局部水头损失；v表示所计算管道平均流速，单位为m/s；g表示重力加速度；ε表示局部水头损失系数。将所计算管道内，所有三通、闸门等部分的水头损失相加即可得出所计算管道总水头损失，通常情况下，技术人员工作中会取沿程水头损失的10%～15%计算局部水头损失。

对首部水头损失进行计算需要首先选取整个灌溉系统中最难灌溉的点作为基础，随后将管路内水头损失进行相加运算，逐步向上推算即可得出首部枢纽运行所需压力水头值。对此指标的计算可通过公式（6）完成。

在公式（6）中，H首表示管道首部需提供的供水水头；h沿表示管道沿程局部水头损失；h局表示管道局部水头损失；H灌表示管道灌水给水口工作水头；Δ表示典型点高程及枢纽洪水点高差。

2）在低压管道输水灌溉系统中，工作人员还需对水泵进行科学选择，在计算水泵杨程的基础上选择合适的水泵设备。为此，工作人员可以通过利用公式（7）对水泵扬程进行计算。

在公式（7）中，H首即为在灌输管道系统中，首部枢纽运行所需的工作水头；H井为管道系统水源的水位或是机井动水位；H泵损为灌输系统水泵沿程及局部水头损失总和；H泵为设计灌输管道系统水泵所需扬程。

2.4 田间灌溉工程设计要点

当前阶段，田间灌溉工程应用较为广泛的模式主要包括小管式出流灌溉及田间闸管式灌溉两种。小管式出流灌溉模式主要利用三种不同等级的管道实现引流目的，管道直径设计主要分为50mm、100mm、180mm三个等级。在实际建设过程中，设计人员需要依据小管出流系统实际情况设置干管、支管、毛管等多种管道，其中毛管设计需要依据作物种植方向确定设计位置，实际设计效果应保证每两行作物中有一条毛管穿过。

田间闸管式灌溉模式往往是由多个部分共同组成，主要包含了管道当中一些阀门以及可以移动的软管，整体系统一般是在毛渠取水完成之后再进行，能够利用调节阀门的开度来对沟内水流的大小进行控制。

2.5 低压管道输水灌溉技术应用实效

低压管道输水灌溉技术的应用可以有效缓解传统明渠灌溉模式输水过程中存在的蒸发与渗透现象，可以有效节约水资源，提升灌溉水利用率。同时由于输水管道埋设于地下，根据实际计算可知，可以节约3%的土地面积用于耕种，同时还可以有效保证作物成熟收割时的运输便捷性。从实际应用效果来看，低压管网灌溉技术的应用有效提升农业机械化水平，可以节约大量人力资源与物力资源，对促进我国农业发展方面具有积极推动作用[4-5]。