井灌区低压管灌工程规划设计简述

郭 玲

（曲沃县水利局，山西 曲沃 043400）

低压管道输水灌溉是以管道代替明渠输水灌溉的一种工程形式，通过一定的压力（工作压力不大于0.20 MPa）将灌溉水从水源输送到田间，由给水栓进入田间沟、畦进行灌溉。其特点是出口流量大、出水口所需压力较小（0.002～0.003 MPa），管道不易发生堵塞，可减少输水过程中的渗漏与蒸发损失，增加耕地面积。由于受土地不平的影响较小，输水速度快、供水及时、流量集中，可缩短轮灌周期，及时有效地满足作物生长期的需水要求。

1 管道规划

1.1 管道布置形式的选择

在低压管道输水灌溉系统中，管道布置形式根据地下固定管道与地面移动管道所占比例（即平均密度）的不同，可分为固定式、半固定式、移动式和管渠结合式4种。根据水源位置、控制范围、地面坡度、田块形状、作物种植方向等条件，管网又可布设成树枝状和环状两类。

对单井出水量小，控制面积小，特别是深机井寿命不长，井水含沙量高的情况，宜选用移动式；在经济条件较差的地区，宜选用半固定式；在经济条件较好，单井出水量较大，灌水时同时开启2个或2个以上的给水栓，并分别由2条或2条以上管道同时供水时，宜选用固定式，布置成树枝状管网；在经济条件较好，单井出水量不大，只由1个给水栓放水时，宜选用固定式，但无论是选用树枝状管网还是环状管网都要进行具体的经济比较；对设计流量为40 m3/h的典型地块，按4个典型井位，布置8个树枝状管网和8个相应的单环环管网（为了便于说明问题，把设置给水栓的管道叫工作管道，其他管道叫连接管道，二者的比值为r），两种管网均采用薄壁U-PVC管，将工作管道相同的两种不同管网进行经济比较可知：当r≥2时，环状管网较优，当r＝1时，树枝状管网较优。

1.2 树枝状管网的布置

平原区机井灌区大部分适宜长方形地块，对灌溉面积在3.33~6.67 hm2，田块长宽比不大于3的地块，由于井位的不同，半固定式一般有长“一”字形、“T”形、“L”形3种布置形式；对控制灌溉面积在6.67~10 hm2，田块长宽比不大于 2，井出水量 40～60 m3/h，常采用“H”形或环形，当长宽比大于2时，采用长“一”字形布置；对控制面积在10~20 hm2，田块长宽比约等于1时，井出水量60～100 m3/h，且作物种植方向与灌水方向相同或不相同时可布置成梳齿形或鱼骨形。固定式一般有“工”、“土”、“圭”、“F”字形 4 种布置形式。无论是半固定式还是固定式，单位管道长度与井位关系很大，其中井位选在地块中心最优，其单位管道长度最短，管道最大输水距离也最短。其中机井位于地边中部管道的一端（半固定式）或管道的连接管线上（固定式），单位管道长度较短。新打或改造机井时，井位布置应与管道规划相结合，以有效节省管道长度，如一井灌区，配套机井15眼，地块大部分300 m×200 m，管道双向控制，单位固定管道长度19.5 m，比一般管道单向控制长度减少3～5 m，仅此一项可节约资金11万元。

1.3 给水栓移动管道及畦田的规划

目前，曲沃县境内的低压管灌大部分采用聚乙烯软管做移动管道，其规划布置与固定管道的方向有关，当固定管道平行于种植行时，一般固定管道间距100 m左右，双向控制，给水栓间距40～50 m。移动软管由给水栓垂直种植行铺设，单向或双向分水灌地，软管长一般小于50 m，畦田宽15 m，长25～50 m。当固定管道垂直种植行时，给水栓间距一般为40～50 m，软管一般平行于种植行铺设，长50～150 m，其节长与畦长等因素有关。若长畦双灌，畦长20 m，畦宽3 m，则每节软管长40～50 m；若方畦双灌或长畦单灌，畦长10 m或20 m，畦宽6 m或3 m，则每节软管长20 m。

2 管道设计

2.1 管道设计工作压力

管道的设计工作压力，即管道正常工作时首端最大的工作压力，等于管道的沿程水头损失与局部水头损失之和，再加（减）管道两端的高差。管道的设计工作压力是选择管材、管径、调压排气装置和井泵的依据之一，在平原地区，水柱高一般小于5 m，通常为2～3 m。

2.2 管材选择

目前，用于低压输水灌溉的管材主要有薄壁UPVC塑料管、聚乙烯（PE）、改性聚丙烯管（PP）及预制混凝土管，其次是地埋塑料软管及现场连续浇筑管。PE，PP塑料管强度高、抗渗性能好、搬运方便；缺点是材料较贵，单价较高，安装工艺复杂，适合于经济条件好、工期紧、日工资较高和单井出水量小于40 m3/h的地区。混凝土管原材料丰富，价格低廉，缺点是接头较多，施工要求较严；适用于单井出水量大于40 m3/h的地区。地埋塑料软管价格低廉，施工省工，在5～6 m水柱的压力下不漏水，但外包灰土或其他土方工料施工必须严格，适用于经济条件差的地区。现场连续浇筑管管身无接头，必须由经验丰富的专业工程队施工，施工季节短，适用于当地制管材料和劳动力丰富价廉的地区。U-PVC管不仅强度高，抗渗性能好，施工简易，且成本相对偏低，应作为灌溉管道用材的首选。

2.3 管件选择

曲沃县采用的管件主要是给水栓、安全保护装置和连续装置。给水栓分为固定给水栓和移动给水栓，移动给水栓管道密度大，灌溉时启闭频繁。在经济条件好的地区一般选用固定给水栓，否则选用移动给水栓。在管道运行中，为消减或避免突然开机或停机与开关给水栓产生的水击，排除管道中的气体，需在管道首端设置安全保护装置。曲沃县应用的安全装置主要有GD空气阀、调压排气阀和安全阀。

GD空气阀主要由阀体、浮示阀、操作杆组成，其优点是造价低廉，缺点是不能有效控制开泵时的水击和彻底排气，适用于强度较大的塑料输水管道。调压排气阀与GD空气阀比，可以较彻底地排气和消减开机时的水击，缺点是造价较高，适用于工作压力大于3 m水柱的混凝土输水管道、地埋塑料软管或其他强度低的管材。

3 存在问题及建议

目前，已配套低压管道输水灌溉工程每公顷平均固定管道长度为60 m左右，属一级管道。经多点计算分析，其成本回收年限为2年左右，经济效益显著，但上述管道输水工程灌溉时，还需要一级土垅沟输水，该级占地和水量渗漏一般比头一级要多。有些地方建有一级管道，但田间还在漫灌，水资源浪费依然比较严重，若追加投资，提高标准，增加二级管道防渗，每公顷平均固定管道长度增至105 m左右，经计算，其抵偿年限一般为3～5年，说明该方案更经济。因此，建议在经济条件较好的地区推广固定式管道输水系统。

半固定式与固定式相比，经济效益基本相同，半固定式投资较少，折算年费用小，但推广半固定式缺乏较理想的移动管材。移动管材由农户轮流使用，管理困难，往往流于不用或重复购置，建议加强移动管材的研制，尽快生产出一批价格低廉、应用方便、使用寿命较长的低压移动输水管材，同时加强对移动管材的管理。

低压管道工程在水源能源不同的条件下效益不同。当水源和能源严重不足、管道输水后增加的灌溉面积较多时，效益最大；当原田地灌溉标准太低、管道输水后可增加灌水次数、提高灌溉标准时，效益不大；当水源能源较缺乏、灌水周期过长时，效益位居第三；而在水源能源条件好、灌水周期不超过10 d时，效益最小。近几年，有些地方不分水源能源条件，盲目提出几年内实现管道化。建议各级水利部门根据水源能源等具体条件，制订管理发展区域规划，在管道输水工程建成后可扩大灌溉面积与提高当地标准的地区优先发展，其次在周期短的地区发展。而水源能源条件好、单井控制面积小、灌水周期短、小畦灌溉搞得好的地区，可暂缓发展。