低压管道灌溉技术在节水灌溉中的设计应用

童庆权

（肥西县机电排灌管理中心，安徽 合肥 231299）

一、基本情况

肥西县山南镇位于肥西县西南，是江淮分水岭综合治理重点镇，其国家农业综合开发2018 年高标准农田建设工程项目区位于山南镇兴庄村，治理高标准农田面积1.69 万亩。

兴庄村属淠史杭灌区，现有灌溉水源一是依靠托山东支渠，二是依靠磨墩电灌渠，均为尾水灌区，水路远，水位低 ，特别是磨墩电灌渠三级提水，灌溉成本很高。杨湾河贯穿兴庄村西侧，河道长度26.5km，流域面积100km2，也是小（1）型托山水库撇洪沟，河道常年有水，灌溉期间，一家一户常架设靠埂泵抽杨湾河水源灌溉，灌溉效率低且存在很大安全隐患。2018年在高标准农田项目规划时，在杨湾河何下郢村民组位置，新建何下郢提水泵站一座，规划低压管道灌溉面积500 亩，工程总投资约55 万元，根据项目区地块特点，采用干管续灌、支管轮灌的方式。工程建好后，彻底解决了困扰兴庄村几十年的农田灌溉问题。

二、设计原则

本设计结合水源位置，因地制宜，统筹兼顾，合理布置管道系统，做到技术先进、经济合理、便于管理、运行方便，尽量使线路最短，控制面积大，管线平顺。

三、管路布置

低压管灌工程管路布置一般遵循以下原则：

（一）支管应尽量与耕地方向平行；

（二）支管最好平行等高线布置，至少应尽量避免逆坡布置；

（三）支管间距应控制在50-150m，单向灌水取大值，双向取小值；

（四）单个给水栓控制面积宜为0.25-0.6hm2。

依据以上原则，根据项目区地形及作物种植方向，干管从提水泵站引出，沿南北向分布，支管也沿南北向布置，每40m 在支管上预留一个放水口，由水流自流入下游田块，竖管及放水口管采用PVC-U 管，高出地面30cm，放水口采用分体式给水栓，给水栓下设消力井，以防止放水口出水水流对田块冲刷。

四、灌溉制度

项目区水稻泡田定额为90m3/亩，灌水延续时间与作物种类、灌区面积大小及农业生产劳动计划等因素有关，根据项目区实际情况，取泡田期T=6天，系统日工作时间t=18 小时。

表1 轮灌分组表

五、灌溉工作制度

根据田块及放水口布置情况，同时考虑管理方便及可能出现的集中供水，采用干管续灌、支管轮灌，每个支管轮灌1 天。

六、灌溉系统设计流量

（一）毛灌水率（灌水模数）的确定

根据公式：

Q=15A·M/（3600·18·T·Η）=15A·M/（79200·T·Η），式中：Q 是设计毛灌水率（m3/秒·公顷），A 是单位灌水面积（1 公顷），M 是灌水定额（水田中稻泡田定额90 m3/亩），T 是灌水周期（取6 天），Η 是水利用系数（取0.8）。计算得灌水模数=2.0 m3/S.万亩。

（二）灌溉设计流量

兴庄村何下郢组设计灌溉面积500 亩，按以上灌水模数计算，地块设计灌溉流量Q设=0.1 m3/S=360 m3/ h，实际选用流量为400 m3/ h。

（三）管网各级管道设计流量

管网各级管道设计流量：Q管=N/NQ，其中，Q 是某级管道的设计流量，N是该管道控制范围内同时开启的给水栓个数，N 是全系统同时开启的给水栓个数，Q 是灌溉设计流量（400m3/ h）。

（四）管材与管径的选择

根据《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2017），按经济流速选择管径，见表2。

表2 管径选择表

公式：D=(4Q管/ΠV)0.5

D—管道内径，mm；

Q管—管段设计流量，m3/S；

V—管道经济流速，取1.1 m /S。

干管选用DN355,PVC-U 管 长178m；支管01 选用DN280,PVC-U 管长1450m；支管02 选用DN250,PVC-U 管长1430m。

（五）水力计算

管道沿程水头损失按计算公示：HF=F×QM/DB×L，其中，HF是沿程水头损失，Q 是管道的设计流量，L 是管长，D 是管道内径，F 是管材摩阻系数（取0.948×105），M 是流量指数（取1.77），B 是管径指数（取4.77），局部水头损失按沿程水头损失15%计。

表3 管道水力计算表

按照干管、支管02 最不利条件选择，经计算HW（干）=0.86m；HW(支管02)=8.84 m；HW=8.84+0.86=9.7m。

出水口高出田面0.3 m，管道埋深0.8m，竖管高度1.1m，出水口工作水头0.1 m ，末端所需的压力为出水口工作水头及竖管高度之和，末端出水口工作水头为1.1 m，则干管入口处所需的工作水头(局部水损按10%计)：H m=1.1×1.1=1.21 m。

七、机泵选型

水泵设计扬程方面，根据HP=Hm+ΣHF+ΣHJ+△Z，经计算HP=1.21+8.84+0.86+（8.5-3.9）=15.51 m，其中，Hm 是干管入口工作压力，ΣHF 是沿程水头损失之和m，ΣHJ 是局部水头损失之和，△Z 是水泵出口高程与水泵设计水位高程之差。

站址设于杨湾河河滩地处，杨湾河汛期和灌溉期间水位落差很大，选择泵型既要在汛期不受淹，又能在抗旱低水位时满足灌溉要求，因灌溉扬程高，满足此泵型可以是离心泵和潜水泵，离心泵一方面土建费用高，泵房受汛期水位影响大，而且低水位抗旱时吸水扬程高，容易造成水泵气蚀和震动等不良现象，经技术经济比较，选择潜水电泵。泵房的总体布置根据站址处的地形、地质、水流、供电、环境等条件，要求做到布置合理，有利施工，运行安全，管理方便，不占耕地，美观协调，泵站进水与河道正交，采用湿室性泵房，现浇钢筋混凝土结构。据此，泵型选择QXG400-18.5-30KW 潜水泵1 台套，铭牌参数，设计流量400m3/ h，扬程18.5 m，功率30KW，重量800KG。

八、泵房设计及水泵安装方式

泵房设计为湿室型泵房，钢筋混凝土结构。为保证低水位时抗旱，泵室设计底板高程比河底高程低0.6m，泵室尺寸为3.4m×3.0m，分上下二层，下层安装水泵，上层安装配电柜，为满足防洪要求，配电柜层高程超高10年一遇防洪水位0.5m；泵室引水段长度根据现场地形确定，两侧为钢筋混凝土挡土墙并设置0.3m×0.3m 钢筋混凝土支撑梁，引水段底板高程由河底高程逐渐过渡到泵室底板高程，引水段适当位置设置拦污栅和检修闸门槽。

为便于水泵检修和维护，水泵采用自动耦合式安装，维修和保养时可随时吊起水泵而不需要维修人员进入水坑，安全、快速、方便，同时为便于起吊设备，在配电柜层设置一道起重梁，安装I28a 工字钢轨道，配置2T 单轨小车和起重葫芦。

九、泵站电气

（一）输电导线选择及压降计算

站址位置现有一台200KVA 变电站 1 座，距离站址80m，变压器容量满足供电需求，选择YJV22-0.6/1KV-3×25+1×16mm2铜芯电缆作为电源进线，埋地敷设，埋深1m，穿路段穿钢管保护，因输电距离较远，应进行电压降计算。经计算△U=3.0V ＜5%Ue=19.0V，所选择导线截面满足不大于5%电压降要求。其中，△U=IR；I=Pe÷（1.732×Ue×COSφ）；R=ρL/S；△U 是计算电压降，I是计算电流，Pe是额定功率（30KW），Ue是额定电压（0.38KV），COSφ 是功率因数（0.85），铜电阻率ρ=0.0174Ω.m，L 是导线长度（80m），S 是导线横截面积（25mm2）。

（二）配电柜选择及防雷与接地

配电柜选用潜水泵专用配电柜，配置专用综合保护器。配电柜外壳需要可靠接地，沿泵角四周布设四根L50×50×5（L=2000）角钢作为接地极，接地线采用φ10 圆钢把接地极、配电柜外壳和泵室主筋互相焊接，要求接地电阻≤4Ω。