低壓管道輸水灌溉技術在灌區節水改造中的應用

　　摘　要：農業生產過程中對水資源需求量較大，推動農業灌溉節水技術發展對促進我國可持續發展發揮著重要作用。基于此，本文將著重探討灌區節水改造過程中低壓管道輸水灌溉技術應用方式，僅供參考。

　　本文源自王紅英， 南方農機 發表時間：2021-04-14《南方農機》(雙月刊)創刊于1970年，由江西省農業機械研究所、江西省農業機械化技術推廣站、江西省農業機械學會主辦。本刊是國內外公開發行，頗有南方特色的農機化技術刊物，以全面推介南方適用農業機械，大力普及實用農機科技為宗旨，謁誠為廣大農村機手、農機生產和銷售企業、基層農機工作者、農機科技人員服務。主要讀者群為南方15省市各級農機工作者及廣大農林機手、拖拉機駕駛員。涵蓋面廣、發行量大，是貴單位宣傳企業形象、擴大知名度、特別是產品迅速占領市場、擴大市場份額的最佳媒體。

　　關鍵詞：低壓管道;輸水灌溉技術;節水改造;設計應用

　　當前，我國應用較為廣泛的低壓管道輸水灌溉技術主要是采用低壓機泵等設備或是利用地勢條件進行引水灌溉，在此過程中，整個壓力應保持在 0.4MPa以下。根據相關部門統計數據顯示，相較于傳統灌溉技術，管網輸水技術水資源節約率達到傳統灌溉技術的 3倍以上，水資源利用率也遠超于傳統技術，達到 90%。此外，由于灌溉管網需要深埋地下，耕地面積也可以得到一定程度提升。因此，采用管網灌溉技術可以有效推動我國農業進一步發展，同時也是未來發展的必然趨勢。

　　1　低壓管道輸水灌溉系統概述

　　相較于傳統明渠灌溉，低壓管網灌溉系統在實際應用過程中主要利用低耐壓管道配合耗能較低的機泵或是利用地勢特點進行引水實現灌溉農田目的。通常情況下，低壓管網灌溉系統主要由水源、渠首、干渠、泵房、支渠、前池 (攔污柵)、輸水管網系統和田間灌溉系統等幾個部分組成[1]。該技術主要優勢在于利用地勢特點或是低耗能機泵形成的壓力差完成引水作業，有效降低能源消耗量，同時也可以有效節約人力、物力資源，管道內部不易堵塞，維護工作量得以有效降低。

　　該技術在實際應用過程中，重點環節主要包括水源及取水工程、輸水配水管網系統、田間灌溉系統等幾個主要部分。水源及取水工程建設要點在于水源方面應注意選擇泥沙、雜草等異物較少的水域作為灌溉水源，避免引水過程中吸入異物導致管道堵塞。取水工程建設過程中需要技術人員在充分考慮灌溉用水量、揚程大小等多方面問題的基礎上選擇相應的壓力表、動力機等配套設施，在井灌區建設過程中需要重點注意該環節;輸配水管網系統主要包括各類管道、分水設施、相關保護裝置及其他附屬設施，共同構成整個灌溉管網，以實現灌溉目的;田間灌溉系統主要指灌溉管網出水口以下的農田部分，但是在實際設計應用過程中，技術人員仍將其歸為地面灌水系統。該系統在實際應用過程中主要采用地面節水灌溉技術以實現均勻灌溉并降低灌水定額目的，最終實現兼顧農田灌溉與節水雙重目標[2]。

　　2　低壓管道輸水灌溉系統設計要點

　　2.1 取水工程設計要點

　　當前階段，我國管網灌溉系統中取水工程設計主要包含三級干渠中的部分分水閘與節制閘，通常情況下，該部分主要設置在三級干渠 30km左右范圍內，并根據灌區實際需求對具體布局進行相應調整，以滿足農田實際灌溉需求。

　　2.2 渠首工程設計要點

　　渠首工程主要包括引水渠與沉砂池等兩個主要部分。引水渠是連接沉砂池與節制閘的主要紐帶，通常情況下該部分主要被設計為矩形斷面，以 C20混凝土澆筑完成，深度范圍保持在 1.5m以下，根據實際情況進行調整。沉砂池在實際設計過程中主要以開敞式矩形單箱為主要規格，采用 C20混凝土進行澆筑。此外，為實現提升沉砂池結構強度的目的，在設計過程中還融入擋土墻結構。沉砂池與引水渠之間存在一段長度范圍在 3m左右的漸變段作為連接二者的主要通道。在設計沉砂池過程中，設計人員應注意在其右側設計相應集水坑。實際應用過程中應注意及時清理沉砂池底部的淤沙[3]。

　　2.3 管道工程設計要點

　　2.3.1灌溉管網管水定額及流量計算

　　管水定額是低壓灌溉管網設計的重要環節，需要技術人員在實際工作過程中采用科學的方法及灌溉實際需求確定最大灌水量數值，以實現節水目的，同時避免過量灌溉影響作物成活率。考慮到不同灌區作物種類不同，對灌溉量的需求存在明顯差異，因此，在實際設計管水定額時需要根據公式(1)進行定額計算。

　　在公式( 1)中，M 主要表示灌區實際所需管水定額(m3 /667m2 );r表示灌區土層中土壤干容量，通常情況下 r的確定值為 15N/m3 ;H表示灌溉區計劃濕潤層深度;β1主要表示灌溉渠含水量最低限度，在確定該數值時主要以 65%的田間持水量作為主要標準;β則表示田間持水量，通常設定值為 25%。設計人員在實際計算灌水定額時需要將各數值代入公式中并得出相應結果作為后續工程設計的主要標準。

　　在完成管水定額計算工作后，技術人員還需對管網設研究 計流量進行計算，該環節主要采用公式(2)進行。

　　在公式(2)中，m表示灌水定額，依據公式(1)計算結果確定數值;A表示灌溉區總面積;n表示灌溉水利用系數，通常情況下，低壓管道該數值為 0.8;T表示灌溉系統工作時間;t表示灌溉系統灌水周期。技術人員需要將具體數值帶入公式中計算得出Q的設定值。

　　2.3.2干管部分

　　干管一般情況下選擇當地工程當中使用的非常多、安裝很方便而且價格相對低廉的承插式鋼筋混凝土型預制管，此種鋼管能夠很好地節省整體投資，在相應的計算之后，能夠清晰地發現灌區的設計流量一般情況下是 0.6m3 /s，流量損失情況主要依據公式(3)進行計算。

　　在公式(3)中，f表示干管摩阻系數;Q表示干管每小時出水量;d表示鋼管直徑。

　　2.3.3管道壓力計算及水泵選擇

　　1)針對低壓輸水管道壓力方面的計算主要包含沿程水頭損失、局部水頭損失及首部壓力水頭損失三個部分。

　　沿程水頭損失是指在一定長度的管道內，水流在流動過程中產生的壓力水頭損失。針對此指標的計算主要利用公式(4)。

　　在公式(4)中，h 沿表示水流沿程阻力損失，單位為 m; L表示所計算管道長度，單位為 m;dn 表示所計算管道內徑，單位為 mm;Qm表示所計算管道流量，單位為 m3 /h;m與n分別表示管道流量指數與管徑指數。

　　局部水頭損失是指水流在管道內部流動時，在經過三通、閘門等不通管道時產生的壓力水頭損失。對此指標的計算主要利用公式(5)。

　　在公式(5)中，h 局表示局部水頭損失;v表示所計算管道平均流速，單位為 m/s;g 表示重力加速度;ε 表示局部水頭損失系數。將所計算管道內，所有三通、閘門等部分的水頭損失相加即可得出所計算管道總水頭損失，通常情況下，技術人員工作中會取沿程水頭損失的 10%～15%計算局部水頭損失。

　　對首部水頭損失進行計算需要首先選取整個灌溉系統中最難灌溉的點作為基礎，隨后將管路內水頭損失進行相加運算，逐步向上推算即可得出首部樞紐運行所需壓力水頭值。對此指標的計算可通過公式(6)完成。

　　在公式(6)中，H 首表示管道首部需提供的供水水頭; h沿表示管道沿程局部水頭損失;h局表示管道局部水頭損失; H 灌表示管道灌水給水口工作水頭;Δ表示典型點高程及樞紐洪水點高差。

　　2)在低壓管道輸水灌溉系統中，工作人員還需對水泵進行科學選擇，在計算水泵楊程的基礎上選擇合適的水泵設備。為此，工作人員可以通過利用公式(7)對水泵揚程進行計算。

　　在公式(7)中，H 首即為在灌輸管道系統中，首部樞紐運行所需的工作水頭;H 井為管道系統水源的水位或是機井動水位;H 泵損為灌輸系統水泵沿程及局部水頭損失總和; H泵為設計灌輸管道系統水泵所需揚程。

　　2.4 田間灌溉工程設計要點

　　當前階段，田間灌溉工程應用較為廣泛的模式主要包括小管式出流灌溉及田間閘管式灌溉兩種。小管式出流灌溉模式主要利用三種不同等級的管道實現引流目的，管道直徑設計主要分為 50mm、100mm、180mm三個等級。在實際建設過程中，設計人員需要依據小管出流系統實際情況設置干管、支管、毛管等多種管道，其中毛管設計需要依據作物種植方向確定設計位置，實際設計效果應保證每兩行作物中有一條毛管穿過。

　　田間閘管式灌溉模式往往是由多個部分共同組成，主要包含了管道當中一些閥門以及可以移動的軟管，整體系統一般是在毛渠取水完成之后再進行，能夠利用調節閥門的開度來對溝內水流的大小進行控制。

　　2.5 低壓管道輸水灌溉技術應用實效

　　低壓管道輸水灌溉技術的應用可以有效緩解傳統明渠灌溉模式輸水過程中存在的蒸發與滲透現象，可以有效節約水資源，提升灌溉水利用率。同時由于輸水管道埋設于地下，根據實際計算可知，可以節約 3%的土地面積用于耕種，同時還可以有效保證作物成熟收割時的運輸便捷性。從實際應用效果來看，低壓管網灌溉技術的應用有效提升農業機械化水平，可以節約大量人力資源與物力資源，對促進我國農業發展方面具有積極推動作用[4-5]。

　　3　總結

　　綜上所述，在當前農業現代化發展及環境保護政策背景下，低壓管道輸水灌溉技術可以有效滿足節約資源、提升農業現代化水平的戰略要求。因此，相關部門在實際工作過程中應注意加強對相關技術的研究力度，充分發揮技術優勢，為落實我國可持續發展戰略提供有力保障。