渠灌区管道输水灌溉工程建设与运用

张根荣 高本虎 孙新忠

渠灌区管道输水灌溉工程建设与运用

张根荣1高本虎2孙新忠3

(1.山西禹门口黄河提水工程管理局 山西稷山 043200；2. 中国水利水电科学研究院 北京 100048；3.运城市水利科学研究所 山西运城)

本文介绍了渠灌区自压管道输水灌溉示范工程情况，提出了渠灌区管道输水灌溉系统结构与形式，介绍了示范工程建设和应用情况。

渠灌区 管道输水灌溉 系统结构 建设与应用

1 项目区选择

用管道代替明渠输水进行灌溉，具有节水、节地、省工、省时、省电，灌水及时，地形适应性强等优点，低压管道输水灌溉工程技术在我国井灌区得到了较大面积的推广应用，而渠灌区管灌较井灌区要复杂得多，故渠灌区发展自压管道输水灌溉工程仍处于试验示范阶段。为在我国灌区节水改造中或条件合适的灌区推广应用管道输水灌溉技术提供技术支撑并进行示范，在对甘肃、河北、广西、山西等地现场考察的基础上，在山西禹门口引黄灌区选择了万亩试区进行渠灌区管道输水灌溉技术试验示范项目建设。

山西禹门口黄河提水工程属大Ⅰ型水利工程，设计提水规模26m3/s。提水泵站站基属岩石构造，取水口位于弯道环流处，主流稳定，永不脱流，水量充裕。一级泵站前闸设置导冰排、拦污栅和叠梁门，只取用含沙量较少的黄河表层水。一级泵站后的沉沙池是引黄工程中首次采用的平流加斜板沉沙结构，不加药不用电，沉沙效果即可达75%。经一级、二级泵站两级提水（总扬程120m）后，黄河水可沿渠道自流至河津、稷山、新绛等大部分地区。灌区设计灌溉面积3.32万hm2，现阶段已完工程控制灌溉面积达到2万hm2，灌区涉及河津、稷山、新绛三县（市）13个乡（镇），273个自然村，总人口45.96万人。

本自压管道输水灌溉示范区选在禹门口二级干渠约42km处南侧，该区东西平阔，宽约2km；北高南低，长约4.5km；与引黄二级干渠渠底高差约5～45m，可利用高差实施自流、自压灌溉。该区南距县城约4km，东接侯禹高速公路出口，北有县级管化公路，交通便捷，管理方便，亦便于宣传示范。

示范区规划面积约700hm2，作物均为枣粮间作。根据本项目区作物类型以及所拟定的节水灌溉制度，经计算，项目建成后项目区总灌溉需水量为283.5万m3。示范区的灌溉用水自二级干渠约41km处自流取水，该处干渠设计过水流量8.1m3/s，水位471.35m。本项目区的设计取水流量0.8m3/s，区内地形落差达70m。经水土平衡分析和管道输水能力计算，禹门口二级干渠的来水完全能满足本项目区的农田自压管道输水灌溉要求。

2 自压管道输配水系统结构形式

管道输配水系统结构形式可分为开敞式、半封闭式、封闭式等，本示范工程的自压管道输配水系统采用的是开敞式和半封闭式，即输水干管采用开敞式系统结构，输配水支管采用半封闭式系统结构。

2.1开敞式管道输水系统

所谓开敞式是指在管道沿线设置具有自由水面的调压（减压）井或分水井以消减管道压力，在井内设闸阀用以调节管道流量和压力[1]。当管网系统输配水时，如管道来水量多于灌溉取水量，多余的水则从调压（减压）井或分水井上设置的溢流口、排水管中排走(见图1)。开敞式管道输水系统管网布置形式一般为低压的树状管网。

图1 开敞式管道输水系统结构示意图

2.2半封闭式管道输水灌溉系统

半封闭式是指在管道沿线设置具有自由水面的分水减压池，在池内设置浮子阀用以调节灌溉用水和管道来水（见图2）。

图2 半封闭式管道输配水系统结构示意图

半封闭式管道输水灌溉系统工作原理如下：灌溉用水时，开启管道系统进水闸的闸门，则水流通过管道进入分水减压池，随着池内水位上升，浮子阀随之开始上升。当浮球升起到某一位置后，通过轴套处转动装置的带动，封盖下降，封闭管道的进水口，管道内水流停止流动。当下游灌溉用水时，开启田间给水栓，水从减压池流出进行灌溉，池内水位下降，浮球随之下降，封盖打开，管道进水口开始进水。给水栓的出水量和管道的进水量通过浮子的调节达到动态平衡，水源源不断地自水源输送到田间进行灌溉，从而实现了根据灌溉要求的水量进行自动取水灌溉的目的。

半封闭式管道输水灌溉系统具有开敞式的沿管线设置分水减压井以降低管道工作压力的好处，又具有封闭式的可根据灌溉用水需求随时开启给水栓取水灌溉的优点。

半封闭式管道输水灌溉系统设置于本示范区总干4支管道上，是我国首次在实际工程中的应用。浮子阀的结构尺寸根据支管引水流量、分水池大小、控制管理和灌溉面积等要求设计确定。经通水运行，证明起结构尺寸设计合理。

3 示范工程建设内容

在选定的示范区内，规划发展管灌面积653.3hm2，小管出流灌溉面积13.3hm2。水源自禹门口黄河提水二级干渠41+200桩号处引水，经分水闸流入沉砂池沉砂后进入管网，在各支管末端均设有排水排沙设施。

工程建筑物有：干渠节制闸一座，分水闸一座；管理房一座；引渠26m，引渠上设置水量测量装置一套，150m3沉沙池一座；各种规格尺寸的分水调压井14座，浮子阀分水减压池一座；出水或排沙口201个；跨沟倒虹吸2座；管道泥沙输送观测设施一座。

管网形式采用树状网，系统设总干管、分干管及支管三级管道。整个示范区设总干管1条，长795m；东、西分干管2条共5215m；支管14条，总长9375m。

根据设计流量及地形情况，总干管、分干管选用加筋混凝土管，钢筋根据管材的抗内压和抗裂能力计算确定；支管则选用聚氯乙烯塑料管。经水力计算，干管选用直径700mm，分干管直径600mm，支管直径250mm～315mm。

4 工程应用与结论

目前，我国渠灌区自压管道输水灌溉尚处于探索发展阶段，为积累渠灌区发展自压管道输水灌溉工程经验，中国水利水电科学研究院、稷山县水利局和山西禹门口黄河提水工程管理局在禹门口灌区进行了管道输水灌溉示范工程建设，现已建成自压管道输水灌溉工程面积约334hm2。

试验示范工程自2010年建成以来运行良好，采用管道输水灌溉，节水省时，深受当地农民欢迎。通过对各开敞式分水调压井的现场试验观测，得到了管道进水较平稳、掺气量较少的分水调压井的规格尺寸。通过对国内首次应用的浮子阀的现场测试，表明其结构设计合理，浮子阀能按田间灌溉用水要求自动启闭，可避免在配送过程中的水量损失。本示范工程的建设和运用，取得了渠灌区自压管道输水灌溉从规划、设计、管材选型、施工到运行管理的一整套工程技术经验。

通过示范工程建设与应用，可得如下结论：

（1）渠灌区自压管网系统的主干管采用开敞式结构型式，可使用低压输水管材，能显著降低管道建设费用。

（2）以浮子阀为特征的半封闭式管道输水灌溉系统在国内首次得到了成功应用。这种结构形式可按需取水，有利于节水和灌溉用水自动化管理，是应该大力推广的管道输水系统结构模式，但浮子阀的设计制造急需系列化、标准化、产业化，以满足渠灌区半封闭式管道输水灌溉工程建设之需。目前，宜先在支管采用半封闭式结构模式，待大规格浮子阀的制造定型化之后，再在干管上应用。

（3）引黄灌区可采用自压管道输水灌溉系统模式，但需注意排水排沙设施的配套建设。

（4）鉴于目前渠灌区管灌还无规范可依，建议进一步总结渠灌区管灌工程经验，制定渠灌区管道输水灌溉工程技术规范，规定开敞式、半封闭式和封闭式管道输水灌溉系统的应用模式，使渠灌区管灌工程建设规范化。

1 赵华，高本虎，陆文红. 渠灌区管道输水灌溉技术试验研究[J]，节水灌溉1999.2:23-25.

2 高本虎. 渠灌区开敞式管道输水灌溉系统探讨[J]，节水灌溉1998.4:12-14.

TV672

B

1672-2469(2014)06-0011-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.004

张根荣，（1962年—），高级政工师。

水利部公益性行业科研专项经费项目：灌区管道输配水及灌溉技术集成研究，项目编号：201001038