低压管道灌溉在小型农田水利工程中的应用

陈秀芳

摘要 低压管道灌溉工程不似滴灌、喷灌等农田节水技术工程需要大量的前期投入和后期的精心维护，仅需要较小的前期投入和后期管理就能够将灌溉用水输送至田间地头，满足农民生产用水的需求。低压管道灌溉工程在我国小型农田水利工程的建设和应用中发挥着重要作用。基于此，从低压管道灌溉的应用价值入手，分析影响低压管道灌溉发挥作用的因素，探讨低压管道灌溉工程的系统规划布置，为提高小型农田水利工程发挥应有作用奠定基础。

关键词 小型农田水利工程;低压管道;灌溉;应用

中图分类号：S274 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）03–0164–03

小型农田水利工程主要指为解决农业灌溉、农村饮用水而修建的小型灌排工程，通常包括引水系统、排水系统、蓄水系统，具备调节水资源分布、满足农业生产用水、满足农村生活用水的价值。低压管道灌溉工程是常见的小型农田水利工程引水系统形态，主要应用在于地形较为平坦、输水压力小的灌溉区域，只需要较少的前期投入和建设施工即可完成工程建设，满足将水资源从水源地引至田间地头的生产需求。低压管道灌溉工程比传统的沟渠输水有更好的节水效果，建设资金投入和劳动力投入比滴灌、喷灌等工程更低，从适用性和实用程度上来看，更适合我国大部分农村地区。主要讨论了低压管道灌溉工程的设计和使用。

1 低压管道灌溉在农业生产中的价值

低压管道灌溉是指压力不超过0.3 MPa的管道输水灌溉行为，无需消耗大量的电能制造输水高压，无需大量的前期建设投入，是一种适用范围广、利用率高、成本低的灌溉工程[1]。低压管道灌溉可广泛应用于河流、水库、水井和农田，满足农业生产对灌溉水的需求。

根據实际调查可知，低压管道灌溉比传统渠道灌溉节水30%，比喷灌、滴灌等灌溉方式节能，建设投资成本远低于喷灌、滴灌等方式，前期建设耗时短，是我国农业发展的必要一环。我国不仅是一个人口大国、农业大国，还是一个水资源相对紧缺、分布不均匀的国家，发展低压管道灌溉符合我国农业发展的根本需求。

目前，国内低压管道灌溉输水工程的建设存在很多问题，针对已经修建完成的低压管道管理不到位、农业生产管理领域普遍缺乏节水意识，导致低压管道灌溉未能发挥出应有的作用。随着水资源短缺问题日益严峻，可用于农业生产灌溉的水资源比例不断下降，灌溉水不足直接导致作物的产量和质量受损。民以食为天，农田产量不高的结果必将影响社会的稳定，建设好低压管道灌溉工程是缓解问题的关键。

2 影响低压管道灌溉应用的因素分析

2.1 地形因素

低压管道灌溉工程的特征在于“低压”，这就限制了灌溉方式的应用范围。地形较为平坦、高差小的农田区域更适合应用低压管道灌溉工程，地形坡度高、高差大的农田区域不适合应用低压管道灌溉技术。根据设计和实际使用情况调查可知，在地形坡度小于6°的平坦农田区域适合建设低压管道灌溉工程，因为坡度低于6°的平坦地形对灌溉供水的压力要求小，所以泵站、管道的建设难度都比较小，施工成本低且建设使用后的运行稳定程度高。若地形坡度在6°～25°范围内，属于坡度较缓的农田区域，适合应用低压管道灌溉工程，但建设难度、建设成本、泵机运行稳定性都会随着坡度的增加而增加。若地形坡度超过25°，则说明该农田区域不适合应用低压管道灌溉技术，因为低压泵机已经不能满足灌溉水的输送需求，耗能大且输送水量小，存在耗能、耗水的情况，需要采用其他灌溉方式。

2.2 水源因素

低压管道灌溉工程中，灌输用水的流动速度不快，水分中含的杂质容易在管道中沉积，因此，对灌溉水水源的质量有一定的要求。若当地水源的含杂质程度较高，则说明当地不适合建设封闭式的低压管道，因为杂质堵塞封闭管道而无法有效清理，更适合使用敞开式的低压管道。但这样的低压管道受到蒸腾作用的影响，节水效率下降，需要管理人员做好敞开式管道的覆盖物管理，降低管道输送过程中蒸发失水量。

此外，过长的灌溉输水距离容易造成水头损失，如果采用敞开式管道形式，蒸发损失量也会增加，因此，在输水距离过长的情况下可考虑阶段性水源地取水，即在灌溉水源附近、灌溉区中部选择水质相近的供水支点，尽可能缩短灌溉水的输送距离。这样的方式既能够避免输水过程中的浪费，又能够避免大量抽取水源地的水资源，避免影响水源地生态，实现可持续发展。

2.3 施工水平

低压管道灌溉工程属于前期投资小、工程隐蔽、使用年限长的工程，施工水平的高低会直接影响灌溉效果和工程施工效果。若施工水平不足，管道施工存在封闭不足、管道倾斜下沉等问题，很有可能导致灌溉水在管道运输过程中出现渗漏损失，影响单位泵机能耗输送的水量，以及农田灌溉效果[2]。因此，施工团队必须提高施工水平，从管道开挖开始做好质量监管，确保管道地基的强度和承载力满足工程需求，不会轻易出现管道下沉、开裂的情况;确保敞开式管道的衔接质量，确保封闭式管道的密封程度，减少低压管道渗漏失水的可能性;确保泵机与管道衔接质量，减少灌溉水低压输送过程中的水源损失;做好敞开式管道的覆盖施工，减少蒸腾作用造成的灌溉水蒸发损失。只有施工水平达到工程标准，才能够保证低压管道灌溉工程的作用得以发挥，满足农业生产灌溉用水需求。

2.4 低压管道灌溉工程管理水平

低压管道灌溉工程由低压泵站、灌溉水输送管网、农田放水口、各类控制阀门、流量表等部分组成，这些工程环节都需要日常运维来维持正常工作的状态，保证灌溉水能够顺利从水源地抽取至农田，保证农民的农业生产用水。

目前，农田低压管道灌溉工程多以一个低压泵站连接多个农田板块放水口，满足多个区域的灌溉用水需求，因此，需要运维团队通过日常维护、管理保障整个灌溉工程的运行质量，充分提升低压管道灌溉工程的运行效率。

3 低压管道灌溉工程的系统规划布置

3.1 低压管道灌溉的管网布置形式

低压管道灌溉系统通常由干管和支管组成，干管负责从灌溉水源向灌溉区域进行水体输送，支管负责从输水干管中分接水体送入农民各自的农田放水口，形成有效的灌溉，管网整体呈现“丰”字形[3]。由于農业生产并非全年进行，且不同时期的灌溉需水量不同，低压管道灌溉系统中的干管通常以封闭形式埋设在地面以下，若水源水质不允许使用封闭管道，则采用敞开式+覆盖的方式进行掩埋铺设;支管则以阀门与干管连接，进行可移动连接，使用时衔接上放水，不使用时从阀门处拆解开，收拢起来。这样的管网布置方式能够有效缩小管网布置所需的耕地面积，减少低压管道前期施工所需的成本和工期，提高低压管道灌溉工程的利用效率，更适合灌溉区域内的农业生产需求。

低压管道灌溉工程的管网设计人员应综合考量水源与灌溉区域之间的距离、水源地与灌溉区域之间的高差、水源地水质情况等参数，对灌溉工程的管网布设进行综合设计，确保管道工程的施工质量和施工效率。在设计管网时，应充分考量灌溉区域大小、管道长度、敷设覆盖面积之间的关系，避免管网灌溉面积大于灌溉区域需求，或管网灌溉面积小于灌溉区域需求而造成灌溉水资源浪费或无法满足农业生产需求的情况。而且，设计人员需充分考量当地灌溉区域内农民种植农作物的位置，选择管网能够穿越最多灌溉点位的路线，尽可能缩减输水距离，提高水资源利用率。低压管道灌溉工程中的支管需要用阀门与干管衔接，设计人员需要规划好阀门位置，一方面，对应农民种植农作物的走向开设阀门口;另一方面，尽可能避免干管上2个支管阀门开口位置过近，避免支管同时开启时影响下游支管的输水效果。

以某灌溉区域为例，灌溉区域整体形态近似长方形，南北方向宽约700 m，东西方向长约1 400 m，设计人员选择东西方向上一头一尾的2个水源地作为灌溉取水源头，低压管道的干管以东西走向穿过灌溉区域，实现对整个灌溉区域的覆盖。低压管道的支管以南北走向连接干管，支管阀门与阀门之间的距离控制在75 m以上，南北双向开设布置，满足位于干管两侧的农田灌溉用水需求。

3.2 低压管道灌溉工程的管材选择

低压管道灌溉工程主要通过管道实现灌溉水输送，因此，管材是影响管道工程应用质量和灌溉水安全的关键。目前，我国的低压管道灌溉工程中常选用聚乙烯管作为管材，聚乙烯是一种无毒管材，可以与生产生活用水接触，且聚乙烯管具有较高的柔韧性、耐高温性，能够满足低压管道灌溉系统中支管重复收拢、重复使用的需求。

除了聚乙烯管外，聚氯乙烯管（PVC）也是一种低压管道灌溉工程中常用的管材，聚氯乙烯本身无毒性，所添加的增塑剂、防老化剂等辅料存在毒性，不可用于食品包装物，也不可在50℃左右的环境中使用，但低压管道灌溉输水的工作环境远低于这个温度，且不与食品接触，因此不会对管道中的灌溉水形成污染，满足低压管道灌溉使用需求。随着科学技术的不断发展，聚氯乙烯改性试验是很多材料企业的研究方向之一，改性后的新型聚氯乙烯安全程度提升、危害程度下降，能够进一步满足灌溉管道所需。

3.3 低压管道灌溉工程的水力计算

在管道灌溉工程的水力计算中，出水口尺寸、管径、水头损失、调压井顶高程、水泵扬程等都是设计人员计算的主要对象，计算准确与否直接关系到水资源的利用率，关系到低压管道灌溉工程的节水和灌溉效果。

以农田出水口的尺寸水分设计为例，设计人员需要参考生产厂家设计的出水口流量与压力之间的关系，选择合适的出水口型号，或按照出水口内径d=8.94（q / u）0.5h-0.25进行计算，其中，u为出水口流量系数，取值通常在0.6～0.62之间，h为出水口，一般工作压力通常取值在0.3～0.5 m之间，q为出水口流量[4]。

管径尺寸计算需要结合周边出水口同时工作时的最大流量、最小流量进行计算，最小流量与最大流量之间的关系系数通常取0.75，管径计算D=18.8，其中，v为管道内经济流速。关于v的取值，设计人员需要根据管道使用的市场调查情况进行取值，取值范围根据不同的管材判断，若管材为PE管，则取值范围为1.0～1.2，技术规范中推荐的取值范围存在偏大的问题，若直接按照技术规范取值判断则可能影响低压管道灌溉工程的正常运行效果。

做好相关水力计算是保证低压管道灌溉工程运行质量和效果的基础，设计人员应尽量避免从现有的设计方案中直接照搬，毕竟每个灌溉区域、水源地的细节情况不同，可供计算的参数不同，需要设计人员因地制宜地设计低压管道灌溉管网。

3.4 低压管道灌溉制度的设计

低压管道灌溉系统在设计规划的过程中，为保证灌溉的有效性，需要工作人员明确灌溉制度，依托灌溉制度，做好低压管道灌溉系统的日常管理和维护工作[5]。灌溉系统的运行需要符合农业生产的基本要求，灌溉工程运维人员需根据当地农业生产期间的温度、湿度、降雨量、土壤以及农作物需水的生产情况科学调控灌溉输水量，为灌溉区域内的农作物生长发育营造出良好的外部环境。基于这种认知，在低压管道灌溉系统灌溉制度的设立环节，工作人员需要将灌溉时间、灌溉总量以及灌溉频率等作为重要参数，将其作为基础确立相应的制度，并不断优化。通过这种方式，能够在短时间内科学地判定低压管道灌溉系统的灌溉制度，为后续相关工作的开展提供参考，保证灌溉工作的有效性与合理性，实现对水资源的科学利用。灌溉制度的设计和执行效果是评价工作人员工作效果的重要参数，应引起相关部门和工作人员的重视。

4 结束语

对农业生产地区而言，灌溉是影响农田单位产量、作物质量的重要因素，水资源分布直接影响着农民的农业生产操作，将灌溉用水送到田间地头是铺设灌溉管网工程的最终目的。低压管道灌溉工程是一种低能耗、节水、适用范围普遍的灌溉工程，建设投入成本低、施工工期较短，在我国的灌溉区域内使用频率较高。工程建设人员应充分正视工程建设中的问题，增强低压管道灌溉工程在小型农田生产中的使用效果，强化现代化农业生产建设，满足农业生产所需。

參考文献

[1] 高继炜.对小型农田水利工程中节水灌溉技术的思考[J].农业科技与信息，2021（6）：93-94.

[2] 王若宇.江苏稻麦轮作小型机电灌区低压管道灌溉设计[D].扬州：扬州大学，2019.

[3] 季光武.低压管道灌溉输水在灌区工程建设中的应用[J].科学技术创新，2020（4）：106-107.

[4] 李方园.上海市粮田低压管道灌溉系统实施效果与关键技术探讨[D].扬州：扬州大学，2020.

[5] 刘杰.低压管道灌溉在小型农田水利工程中的应用[J].价值工程，2020，39（8）： 213-214.

责任编辑：黄艳飞

Application of Low-Pres-sure Pipeline Irrigation in Small Irrigation and Water Conservancy Projects

CHEN Xiufang （Minle County Water Bureau， Minle，Gansu  734500）

Abstract Unlike drip irrigation， sprinkler irrigation and other farmland water-saving technology projects， low-pressure pipeline irrigation projects require a large amount of early investment and careful maintenance in the later stage. Only small early investment and later management can transport irrigation water to the fields and meet farmers' demand for production water. Low pressure pipeline irrigation plays an important role in the construction and application of small irrigation and water conservancy projects in China. Based on this through the application value of low-pressure pipeline irrigation， analyzed the factors affecting low-voltage pipeline irrigation， discussed the system planning and layout of low-pressure pipeline irrigation project， and provided the foundation for improving small irrigation and water conservancy projects to play its due role.

Key words Small irrigation and water conservancy projects; Low-pressure pipeline; Irrigation; Application