郭 玲

（曲沃縣水利局，山西 曲沃 043400）

低壓管道輸水灌溉是以管道代替明渠輸水灌溉的一種工程形式，通過一定的壓力（工作壓力不大于0.20 MPa）將灌溉水從水源輸送到田間，由給水栓進(jìn)入田間溝、畦進(jìn)行灌溉。其特點(diǎn)是出口流量大、出水口所需壓力較?。?.002～0.003 MPa），管道不易發(fā)生堵塞，可減少輸水過程中的滲漏與蒸發(fā)損失，增加耕地面積。由于受土地不平的影響較小，輸水速度快、供水及時(shí)、流量集中，可縮短輪灌周期，及時(shí)有效地滿足作物生長期的需水要求。

1 管道規(guī)劃

1.1 管道布置形式的選擇

在低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)中，管道布置形式根據(jù)地下固定管道與地面移動(dòng)管道所占比例（即平均密度）的不同，可分為固定式、半固定式、移動(dòng)式和管渠結(jié)合式4種。根據(jù)水源位置、控制范圍、地面坡度、田塊形狀、作物種植方向等條件，管網(wǎng)又可布設(shè)成樹枝狀和環(huán)狀兩類。

對單井出水量小，控制面積小，特別是深機(jī)井壽命不長，井水含沙量高的情況，宜選用移動(dòng)式；在經(jīng)濟(jì)條件較差的地區(qū)，宜選用半固定式；在經(jīng)濟(jì)條件較好，單井出水量較大，灌水時(shí)同時(shí)開啟2個(gè)或2個(gè)以上的給水栓，并分別由2條或2條以上管道同時(shí)供水時(shí)，宜選用固定式，布置成樹枝狀管網(wǎng)；在經(jīng)濟(jì)條件較好，單井出水量不大，只由1個(gè)給水栓放水時(shí)，宜選用固定式，但無論是選用樹枝狀管網(wǎng)還是環(huán)狀管網(wǎng)都要進(jìn)行具體的經(jīng)濟(jì)比較；對設(shè)計(jì)流量為40 m3/h的典型地塊，按4個(gè)典型井位，布置8個(gè)樹枝狀管網(wǎng)和8個(gè)相應(yīng)的單環(huán)環(huán)管網(wǎng)（為了便于說明問題，把設(shè)置給水栓的管道叫工作管道，其他管道叫連接管道，二者的比值為r），兩種管網(wǎng)均采用薄壁U-PVC管，將工作管道相同的兩種不同管網(wǎng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較可知：當(dāng)r≥2時(shí)，環(huán)狀管網(wǎng)較優(yōu)，當(dāng)r＝1時(shí)，樹枝狀管網(wǎng)較優(yōu)。

1.2 樹枝狀管網(wǎng)的布置

平原區(qū)機(jī)井灌區(qū)大部分適宜長方形地塊，對灌溉面積在3.33~6.67 hm2，田塊長寬比不大于3的地塊，由于井位的不同，半固定式一般有長“一”字形、“T”形、“L”形3種布置形式；對控制灌溉面積在6.67~10 hm2，田塊長寬比不大于 2，井出水量 40～60 m3/h，常采用“H”形或環(huán)形，當(dāng)長寬比大于2時(shí)，采用長“一”字形布置；對控制面積在10~20 hm2，田塊長寬比約等于1時(shí)，井出水量60～100 m3/h，且作物種植方向與灌水方向相同或不相同時(shí)可布置成梳齒形或魚骨形。固定式一般有“工”、“土”、“圭”、“F”字形 4 種布置形式。無論是半固定式還是固定式，單位管道長度與井位關(guān)系很大，其中井位選在地塊中心最優(yōu)，其單位管道長度最短，管道最大輸水距離也最短。其中機(jī)井位于地邊中部管道的一端（半固定式）或管道的連接管線上（固定式），單位管道長度較短。新打或改造機(jī)井時(shí)，井位布置應(yīng)與管道規(guī)劃相結(jié)合，以有效節(jié)省管道長度，如一井灌區(qū)，配套機(jī)井15眼，地塊大部分300 m×200 m，管道雙向控制，單位固定管道長度19.5 m，比一般管道單向控制長度減少3～5 m，僅此一項(xiàng)可節(jié)約資金11萬元。

1.3 給水栓移動(dòng)管道及畦田的規(guī)劃

目前，曲沃縣境內(nèi)的低壓管灌大部分采用聚乙烯軟管做移動(dòng)管道，其規(guī)劃布置與固定管道的方向有關(guān)，當(dāng)固定管道平行于種植行時(shí)，一般固定管道間距100 m左右，雙向控制，給水栓間距40～50 m。移動(dòng)軟管由給水栓垂直種植行鋪設(shè)，單向或雙向分水灌地，軟管長一般小于50 m，畦田寬15 m，長25～50 m。當(dāng)固定管道垂直種植行時(shí)，給水栓間距一般為40～50 m，軟管一般平行于種植行鋪設(shè)，長50～150 m，其節(jié)長與畦長等因素有關(guān)。若長畦雙灌，畦長20 m，畦寬3 m，則每節(jié)軟管長40～50 m；若方畦雙灌或長畦單灌，畦長10 m或20 m，畦寬6 m或3 m，則每節(jié)軟管長20 m。

2 管道設(shè)計(jì)

2.1 管道設(shè)計(jì)工作壓力

管道的設(shè)計(jì)工作壓力，即管道正常工作時(shí)首端最大的工作壓力，等于管道的沿程水頭損失與局部水頭損失之和，再加（減）管道兩端的高差。管道的設(shè)計(jì)工作壓力是選擇管材、管徑、調(diào)壓排氣裝置和井泵的依據(jù)之一，在平原地區(qū)，水柱高一般小于5 m，通常為2～3 m。

2.2 管材選擇

目前，用于低壓輸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）及預(yù)制混凝土管，其次是地埋塑料軟管及現(xiàn)場連續(xù)澆筑管。PE，PP塑料管強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好、搬運(yùn)方便；缺點(diǎn)是材料較貴，單價(jià)較高，安裝工藝復(fù)雜，適合于經(jīng)濟(jì)條件好、工期緊、日工資較高和單井出水量小于40 m3/h的地區(qū)。混凝土管原材料豐富，價(jià)格低廉，缺點(diǎn)是接頭較多，施工要求較嚴(yán)；適用于單井出水量大于40 m3/h的地區(qū)。地埋塑料軟管價(jià)格低廉，施工省工，在5～6 m水柱的壓力下不漏水，但外包灰土或其他土方工料施工必須嚴(yán)格，適用于經(jīng)濟(jì)條件差的地區(qū)。現(xiàn)場連續(xù)澆筑管管身無接頭，必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)工程隊(duì)施工，施工季節(jié)短，適用于當(dāng)?shù)刂乒懿牧虾蛣趧?dòng)力豐富價(jià)廉的地區(qū)。U-PVC管不僅強(qiáng)度高，抗?jié)B性能好，施工簡易，且成本相對偏低，應(yīng)作為灌溉管道用材的首選。

2.3 管件選擇

曲沃縣采用的管件主要是給水栓、安全保護(hù)裝置和連續(xù)裝置。給水栓分為固定給水栓和移動(dòng)給水栓，移動(dòng)給水栓管道密度大，灌溉時(shí)啟閉頻繁。在經(jīng)濟(jì)條件好的地區(qū)一般選用固定給水栓，否則選用移動(dòng)給水栓。在管道運(yùn)行中，為消減或避免突然開機(jī)或停機(jī)與開關(guān)給水栓產(chǎn)生的水擊，排除管道中的氣體，需在管道首端設(shè)置安全保護(hù)裝置。曲沃縣應(yīng)用的安全裝置主要有GD空氣閥、調(diào)壓排氣閥和安全閥。

GD空氣閥主要由閥體、浮示閥、操作桿組成，其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低廉，缺點(diǎn)是不能有效控制開泵時(shí)的水擊和徹底排氣，適用于強(qiáng)度較大的塑料輸水管道。調(diào)壓排氣閥與GD空氣閥比，可以較徹底地排氣和消減開機(jī)時(shí)的水擊，缺點(diǎn)是造價(jià)較高，適用于工作壓力大于3 m水柱的混凝土輸水管道、地埋塑料軟管或其他強(qiáng)度低的管材。

3 存在問題及建議

目前，已配套低壓管道輸水灌溉工程每公頃平均固定管道長度為60 m左右，屬一級管道。經(jīng)多點(diǎn)計(jì)算分析，其成本回收年限為2年左右，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但上述管道輸水工程灌溉時(shí)，還需要一級土垅溝輸水，該級占地和水量滲漏一般比頭一級要多。有些地方建有一級管道，但田間還在漫灌，水資源浪費(fèi)依然比較嚴(yán)重，若追加投資，提高標(biāo)準(zhǔn)，增加二級管道防滲，每公頃平均固定管道長度增至105 m左右，經(jīng)計(jì)算，其抵償年限一般為3～5年，說明該方案更經(jīng)濟(jì)。因此，建議在經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū)推廣固定式管道輸水系統(tǒng)。

半固定式與固定式相比，經(jīng)濟(jì)效益基本相同，半固定式投資較少，折算年費(fèi)用小，但推廣半固定式缺乏較理想的移動(dòng)管材。移動(dòng)管材由農(nóng)戶輪流使用，管理困難，往往流于不用或重復(fù)購置，建議加強(qiáng)移動(dòng)管材的研制，盡快生產(chǎn)出一批價(jià)格低廉、應(yīng)用方便、使用壽命較長的低壓移動(dòng)輸水管材，同時(shí)加強(qiáng)對移動(dòng)管材的管理。

低壓管道工程在水源能源不同的條件下效益不同。當(dāng)水源和能源嚴(yán)重不足、管道輸水后增加的灌溉面積較多時(shí)，效益最大；當(dāng)原田地灌溉標(biāo)準(zhǔn)太低、管道輸水后可增加灌水次數(shù)、提高灌溉標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，效益不大；當(dāng)水源能源較缺乏、灌水周期過長時(shí)，效益位居第三；而在水源能源條件好、灌水周期不超過10 d時(shí)，效益最小。近幾年，有些地方不分水源能源條件，盲目提出幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)管道化。建議各級水利部門根據(jù)水源能源等具體條件，制訂管理發(fā)展區(qū)域規(guī)劃，在管道輸水工程建成后可擴(kuò)大灌溉面積與提高當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的地區(qū)優(yōu)先發(fā)展，其次在周期短的地區(qū)發(fā)展。而水源能源條件好、單井控制面積小、灌水周期短、小畦灌溉搞得好的地區(qū)，可暫緩發(fā)展。