井灌区低压管道输水灌溉技术应用研究

翟 伟 逯根堂 徐新超

（聊城市水利局，山东聊城 252000）

井灌区低压管道输水灌溉技术应用研究

翟 伟 逯根堂 徐新超

（聊城市水利局，山东聊城 252000）

通过对聊城市井灌区低压管道输水灌溉工程设计指标确定进行分析、研究与推广应用，分析了低压管道输水工程效益。在井灌区采取低压管道输水工程，可显著提高当地小型农田水利设施整体水平，农业生产条件明显改善、农业综合生产能力明显提高，极大地促进了当地农业和农村经济的发展。

井灌区；管灌；技术；应用研究

农业是农村经济基础性产业和保障国家社会稳定的重要支柱。农业灌溉工程是农业发展的基础性配套设施，我国农业尤其是北方平原地区农业灌溉普遍存在水资源紧缺和用水效率不高的问题。人民群众节水意识薄弱，田间工程采用土渠输水灌溉，大水漫灌，渗漏量大，跑漏水现象严重，渠系水利用系统低，水资源浪费严重。

“十二五”期间，国家把水利作为国家基础设施建设的优先领域，把农田水利作为农村基础设施建设的重点任务来抓，不断加大投入力度，给发展农田节水灌溉带来了机遇。在井灌区积极走“引蓄并举、蓄调结合、以井保丰”的路子，在井灌区选取低压管道输水工程，以管道代替明渠输水，通过一定压力将灌溉水输送到田间，实现节水、节能、省工、省地、缩短轮灌周期，促进作物增产，充分发挥机井在确保粮食安全中的作用，实现农业增产、农民增收。

1 管道输水灌溉工程设计要点研究

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0.20MPa）将灌溉水从水源输送到田间，由给水栓进入 田问沟、畦进行灌溉。其特点是出口流量大、出水口所 需压力较小，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。为了确保井灌区农业实时灌溉，进行了井灌区低压输水灌溉技术研究与应用。

以山东省聊城市孙庄村典型地块为例，进行管道输水灌溉设计要点分析研究。该地块南北长度290m，东西长度为290m，控制灌溉面积为126亩。

农作物为小麦、玉米一年两作，南北方向种植。根据小麦需水量规律，其需水量在灌浆期间，包含降雨在内的平均日需水量强度Ea=5mm/d。

1.1 管网布置原则

根据农田规划布局及机井位置，依据地形、地块、道路等情况按以下原则布置管路系统：管理设施、井、路、管道统一规划，合理布局，全面配套，统一管理；依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，要求线路最短，控制面积最大，便于机耕，管理方便；管道尽可能双向分水，节省管材，沿路边及地块等高线布置；按照村队地片，分区管理，独立使用原则。

1.2 管网布置形式

以每个机井控制面积为单行工程，采用无井房、IC卡自动控制计费，首部设有潜水泵、排气阀等。工程管网布置，采用树状管网，干管平行种植方向，支管垂直于干管布置在地块中间，给水栓设置于支管上，给水栓间距双向布置分水，顺种植方向布设软管。管网布置型式采用以下几种：“一”字型、“T”型、“H”型、“L”型及“梳齿”型。

1.3 设计灌水定额及灌水周期确定

项目区种植作物为小麦、玉米一年两作。北方小麦灌溉需水量大，而玉米生长期正逢雨季，灌溉需水相对较小。因此，设计时以小麦日需水量最高的灌浆期确定灌水定额。取土壤计划湿润层深度为60cm,适宜土壤含水量上限取田间持水率的95%，下限取65%，灌溉水有效利用系数取0.85。按下式计算设计灌水定额。

式中：m—净设计灌水定额，mm；

γ—土壤容重，g/cm3；

Z—计划湿润层深度，m；

θmax、θmin—适宜土壤含水率上下限（占干土重的百分比）。

经计算，m为58.32mm，即39m3/亩。

灌水周期

式中：T—设计灌水周期（d）。

1.4 灌溉设计流量的确定

根据设计灌水定额、灌溉面积、灌水周期和每天工作的时间，计算系统灌溉设计流量。

式中：Q—管道系统的灌溉设计流量，m3/h；

η—灌溉水利用系数，取0.85；

t—灌水时间，h，取 16h；其他符号意义同前。

经计算Q设为32.76 m3/h

1.5 输水管道管材及管径的选择

固定管道包括干管、支管，均埋于地下，采用UPVC塑料管材，按经济流速法确定管径。按经济流速法确定各级管径：

式中：d—管内径，mm；

Q—流量，m3/h；

v—经济流速，根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）v=1.0～1.5m/s，取 1.2m/s，

计算得：d=100.2mm，故固定管道干管、分干管选用0.4MPaФ110的UPVC管材。

1.6 输水管道水力计算

沿程水头损失计算：

式中：hf—管道沿程水头损失，m；

f—摩阻系数,与摩阻损失有关,f=0.948×105；

m—流量指数，与摩阻损失有关，m= 1.77；

b—管径指数，与摩阻损失有关，b= 4.77；

L—计算管道长度，m，L=375 m；

Q—管道设计流量，m3/h，Q=32 m3/h；

d—管道内径，mm，d=105.6mm。

经计算得：hf=3.65m。

1.7 水泵选型及水泵扬程计算

（1）管网水头计算。管网水头为输配水管总水头损失、给水栓要求自由水头、管网进口与给水栓进口高差之和。

（2）水源动水位埋深。该项目区动水位埋深在26m左右。

（3）泵管水头损失计算。管材选用钢管30m。

管径选择d=80mm（同管网水力计算）。

经计算泵管沿程水头损失为2.67m。

泵管局部损失取2.50m。

则泵管水头损失为5.17m。

（4）水泵总扬程确定。水泵扬程=管网进口水头+水源动水位埋深+泵管水头损失。

经计算为37.32m。

根据设计管道灌溉工程系统扬程37.32m和系统流量32 m3/h，选用200QJ32-39/3型潜水泵。水泵扬程为39m，流量32m3/h，配套功率5.5kW，满足设计和机井出水量要求。

1.8 首部枢纽设计

为了使机井首部与周边环境相协调，采用无井房室外射频卡灌溉控制技术，系统首部枢纽设地下保护池，安装进排气阀保护装置，井口全部为便于安装保养水泵专用的专门保护盖。地面上除有室外射频卡外，其余全为隐蔽式。管网系统首部枢纽布置如图1。

图1 管网系统首部枢纽布置示意图

2 工程应用效果和效益分析及推广应用

项目实施前，采用土渠输水，灌溉周期长，灌溉保证率低，加之大水漫灌，粮食产量低而不稳。项目实施后，采用管道输水，提高了输水效率，亩年节约了灌溉用水量70m3左右，实现了适时灌溉、缩短了灌水周期3～5天，提高了灌水保证率和灌水效率，彻底解决了作物灌溉问题，也减少了灌溉用工量，利用IC卡自动控制计费，实现了按方收费。同时，管灌工程比土渠减少了占地0.48%左右，粮食增产12%左右、省工0.8个/亩·年，亩年减少耗能5.5kW·h，社会和环境效益也十分明显。

2.1 提高了灌溉保证率，缓解水资源矛盾

管灌输水工程可大大提高了农作物的灌溉保证率，在可供水资源量有限的情况下，灌溉用水容易保证，并做到适时灌溉。同时，缓解水资源的紧张状况，缓解工农业争水的矛盾。管灌水利用系数提高，灌溉区用水量量相对减少，可以节约有限的地下水资源。

2.2 实现了按方收费，水量控制科学

机井射频卡管理系统将计算机、自动控制技术应用于农业灌溉，系统按用户射频卡内信息对用户进行管理，实现了预收水费，实现按方计量，按方收费，有效控制用水量，提高了灌溉水利用系数和单位水量的农作物的产量。这样可以减轻农民负担，有效缓解灌区水费收取难，工程养维资金不足的矛盾，逐步培养群众形成“用水缴费”和“节约用水”的意识，促进节水型社会建设。

2.3 管道输水工程建设，推动了水利工程建设

建立节水型农业是建设节水型社会的主体，是实现全社会节水的关键，管道输水灌溉工程的建设是在井灌区得以广泛应用，是实现农业节水的典范，采取试点示范，因地制宜地总结推广了节水灌溉工程建设模式，不断扩大节水示范规模和示范效果，进一步增强了群众的节水意识，加大了节水灌溉设施的保护力度，提高了广大干部群众节水灌溉的自觉性、积极性。

2.4 节约土地明显，破解了农耕困难

管道输水工程干支管道都埋在地下，无需占地，对照明渠输水工程，每米渠道节约占地2.5m2，节地效益明显。农机进田可避免跨越渠道，进入方便，提高了工作效率，也减少了工程的损毁机率。

2.5 项目推广及综合效益明显

通过项目的研究与推广，在省扶持资金节水工程、小农水重点县、土地整理和黄淮海开发等项目中得到了大力推广和应用，据统计全区推广18.88万亩。项目实施后，年可增产粮食1152万kg、蔬菜576万kg，节水1321.6万m3，节能436万kW·h，年增产值达2073.6万元。

由于水利用系数的提高，灌溉区用水量减少，节水的水量可以扩大灌溉面积；由于低压管道代替土渠， 土渠可进行复耕，扩大了耕地面积。同时节约了有限的地下水资源，缓解了水资源供需矛盾，为工业的稳步发展和城乡生活用水，提供了良好保证。不断提高了灌溉的运行管理水平，取得了良好的经济效益、社会效益，同时生态环境也得到了进一步改善。

3 结 语

随着国民经济的快速发展，社会用水量逐年增加，用水矛盾日益突出，气候干旱日益严重，水资源紧缺已成为制约国民经济发展的主要因素之一。在井灌区示范推广了低压管灌技术，不仅具有良好的经济效益，而且具有显著的社会效益和生态效益。通过发展节水灌溉，进一步改善了农业生产条件，提高了灌溉水利用率和农业综合生产能力，促进了水资源的可持续利用和农业可持续发展，为农民增收、农业增长、农村稳定发挥了重要作用。

S275

B

1008-1305（2013）02-0045-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2013.02.013

翟 伟（1962年-），女，高级工程师。

～～简 讯～～