低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)在石頭河灌區(qū)的運(yùn)用

1、第9卷第3期2011年6月水利與建筑工程學(xué)報(bào)Journal of Water Resources and Architectural EngineeringVol.9No.3Jun.,2011收稿日期:2011 04 12 修稿日期:2011 04 29作者簡介:王文平(1968 ,男(漢族,陜西眉縣人,工程師,主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)在石頭河灌區(qū)的運(yùn)用王文平(陜西省石頭河水庫灌溉管理局,陜西楊凌712100摘 要:針對低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)在石頭河灌區(qū)的應(yīng)用,針對自然高差較大,且屬清水灌溉,適合低壓管道輸水灌溉這一特點(diǎn),從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、灌溉管理等方面對

2、低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的介紹。通過近年的示范推廣,證明該項(xiàng)技術(shù)具有節(jié)水、省地、省工和工程造價(jià)低、施工簡便、管理方便及工程壽命長、增產(chǎn)效益顯著等多種優(yōu)勢。該技術(shù)的應(yīng)用對緩解水資源危機(jī),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水利設(shè)施條件,改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,增加農(nóng)民收入發(fā)揮了重要作用。關(guān)鍵詞:低壓管道;灌溉系統(tǒng);灌區(qū);節(jié)水改造中圖分類號:S275文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672 1144(201103 0156 04Application of Water saving Irrigation Technique of Water Conveyance withLow pressure Pipe in Shit

3、ouhe Irrigation AreaW ANG Wen ping(Shitouhe Rese rvoir Irrigation Management Bureau o f Shaanxi Province,Yan gling,Shaan xi 712100,ChinaAbstract:Acc ording to the application of the water saving irrigation technique of water conveyance with low pressurepipe in Shitouhe Irrigation Area,and based on t

4、he characteristics such as large height difference,clear water irrigation and being suitable for the water conveyance irrigation with low pressure pipe,the water saving irrigation technique with low pressure pipe is introduced overally and systematically in the aspects such as syste m design,equipme

5、nt selection,ir rigation management and so on.Through the demonstration and popularization in recent years,it is proved that this techuique has more advantages such as saving water,land and labour,and lower c ost,simple construction,simple man agement as well as long life span,remarkable benefit,and

6、 so on.The application of the technique has played the impor tant part in relaxing the crisis of water resources,raising the c onditions of agriculture and water conservancy,improving a gricultural and ec ological environment and increasing peasent s receipts.Keywords:low pressure pipe;irrigation sy

7、stem;irrigation area;w ater saving renovation 石頭河水庫灌區(qū)是在原梅惠渠基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新老結(jié)合的灌區(qū),位于關(guān)中西部,始建于1941年,灌區(qū)設(shè)輸水干渠4條,支渠14條,總長191.2km,控制灌溉面積2.467 104hm 2,灌區(qū)地形南高北低,地面坡降較大,由于灌區(qū)渠道基本依據(jù)地形比降布設(shè),生成的渠道就成為 順地跑 渠道,渠道比降大都在1/351/300之間,由于渠道比降過大,沖刷破壞比較嚴(yán)重,這樣不但使渠道工程的使用壽命大大降低,而且造成了水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。因而從2002開始我們在石頭河水庫灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造時,根據(jù)灌區(qū)自然高差較大,且屬清水

8、灌溉,適合低壓管道輸水灌溉這一特點(diǎn),在建設(shè)中,改變傳統(tǒng)的襯砌渠道方式,在東干九支渠率先實(shí)施了以低壓管道輸水節(jié)水灌溉為主的萬畝節(jié)水示范園工程,在節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工、便于管理等方面取得較好的效果。實(shí)踐證明,低壓管道灌溉系統(tǒng)是一項(xiàng)值得在灌區(qū)節(jié)水改造中推廣應(yīng)用的技術(shù)。1 低壓管道灌溉系統(tǒng)的機(jī)理和組成1.1 低壓管道灌溉系統(tǒng)的機(jī)理低壓管道灌溉系統(tǒng)就是利用地形的自然高差形成的壓力水頭,通過管道輸水到田間的節(jié)水灌溉系統(tǒng)。它突出的特點(diǎn)就是充分利用自然壓差,形成壓力管道系統(tǒng),不需要消耗電能就可配套低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉設(shè)施1。1.2 低壓管道灌溉系統(tǒng)的組成低壓管道灌溉系統(tǒng)包括:水源、輸水系統(tǒng)、給

9、配水裝置、保護(hù)設(shè)備(調(diào)壓閥或排氣閥等、田間灌水設(shè)施。2 低壓管道灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)2.1 資料收集基本資料的收集及有關(guān)技術(shù)參數(shù)的選用,是低壓管道灌溉系統(tǒng)規(guī)劃的前提,必須做到準(zhǔn)確可靠,必要時應(yīng)對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測、試驗(yàn)和分析論證。必須收集以下基本資料,作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。2.1.1 地形地貌地形地貌可應(yīng)用已有的航測圖、鄉(xiāng)村農(nóng)田基本建設(shè)圖或灌區(qū)平面圖作為參考。在規(guī)劃階段應(yīng)使用1/5000 1/10000地形圖;管網(wǎng)布置階段應(yīng)使用1/2000 1/5000地形圖。并在地形圖上標(biāo)出行政區(qū)劃、村莊、道路等基本地形、地貌,并繪出管網(wǎng)的走向及有關(guān)設(shè)施的位置。2.1.2 氣象灌區(qū)內(nèi)的多年降水量、蒸發(fā)量、主風(fēng)向及風(fēng)

10、速,最高、最低、平均氣溫,無霜期的長短,日照小時數(shù),地溫,濕度等。2.1.3 土壤特性土壤質(zhì)地,耕層厚度,養(yǎng)分狀況。2.1.4 灌區(qū)內(nèi)主要作物分布灌區(qū)總面積,農(nóng)作物種類,種植比例,各種作物的種植面積。2.1.5 經(jīng)濟(jì)情況規(guī)劃區(qū)內(nèi)人口,勞動力,耕地面積,產(chǎn)量,人均收入,交通狀況2。2.1.6 管道材料管道材料性能,生產(chǎn)廠家,管材類型。2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容低壓管道輸水灌溉工程設(shè)計(jì)主要包括八個方面的內(nèi)容。(1確定管道長度及走向,并繪制管道縱斷面圖。(2灌溉制度的制定。計(jì)算灌水定額,灌水周期。(3水量平衡分析。根據(jù)灌溉面積確定供需水量。(4管道布局。確定管網(wǎng)的走向、管道各段的長度。(5確定灌溉方式、灌

11、溉工作制度。(6管道水力計(jì)算。確定管網(wǎng)入口的工作壓力、管道水頭損失、管徑的大小;管道內(nèi)流速校核。(7工程概算。(8經(jīng)濟(jì)效益分析。2.3 系統(tǒng)管網(wǎng)布置及灌溉制度的確定2.3.1 管網(wǎng)布置管網(wǎng)布置的合理與否,對工程投資、運(yùn)行狀況和管理維護(hù)有很大影響。一般管道布置應(yīng)遵循以下原則。(1充分利用壓力水頭。(2力求管道總長度短、控制面積大,管線平直,減少拐彎、起伏等。(3支管道走向應(yīng)與作物種植方向及地形坡度相適應(yīng)。支管間距單向控制時不應(yīng)大于75m,雙向控制時不應(yīng)大于150m。2.3.2 灌溉制度的確定灌溉制度是根據(jù)作物生育期內(nèi)一定的氣候、土壤和耕作技術(shù)條件為獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)進(jìn)行適時適量灌水的一種制度。其內(nèi)容包

12、括灌水定額、灌溉定額、灌水時間及次數(shù)。2.3.2.1 灌水定額的確定在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中,采用作物生育期內(nèi)各次灌水量中最大的一次作為設(shè)計(jì)灌水定額。對于種植不同作物的灌區(qū),通常采用設(shè)計(jì)時段內(nèi)主要作物的最大灌水定額作為設(shè)計(jì)灌水定額。一般灌水上限按田間持水量的80%95%計(jì)算,下限按田間持水量的60%65%計(jì)算。灌水定額m=667H ( 1- 2/ 計(jì)算。式中:m為設(shè)計(jì)灌水定額(m3/畝;H為計(jì)劃濕潤層深度(m,一般大田可取0.40.6,蔬菜0.20.3,果樹0.81.0; 1、 2為土壤適宜含水量上、下限; 為土壤干密度(t/m3; 為田間水有效利用系數(shù),一般取0.850.95。2.3.2.2 灌水周期的

13、確定根據(jù)灌水臨界期作物最大日需水量值,按下式計(jì)算理論灌水周期。因?yàn)?實(shí)際灌水中可能會出現(xiàn)停水、配水設(shè)備故障等原因,故設(shè)計(jì)灌水周期應(yīng)小于理論灌溉周期。T理=m/E p>T設(shè)式中:T理為理論灌水周期(d;E p為控制區(qū)內(nèi)作物最大日需水量(mm/d;T設(shè)為設(shè)計(jì)灌水周期(d。2.3.2.3 設(shè)計(jì)流量的確定根據(jù)灌水定額、灌溉面積、灌水周期、每天工作的時間和灌溉水利用系數(shù)計(jì)算灌溉設(shè)計(jì)流量。Q設(shè)=0.667mA/( Tt式中:Q設(shè)為灌溉設(shè)計(jì)流量(m3/h;m、T同前;A為系統(tǒng)設(shè)計(jì)灌溉面積(667m2; 為管道輸水效率,一157第3期 王文平:低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)在石頭河灌區(qū)的運(yùn)用般取0.950.9

14、8;t為每天工作的時間(h,一般取12h16h。2.3.3 灌溉工作制度傳統(tǒng)灌溉方式是續(xù)灌和輪灌相結(jié)合的方法,即:支管之間采用輪灌,支管內(nèi)采用續(xù)灌。(1系統(tǒng)輪灌組數(shù)目的確定,用式N=int(nq/Q設(shè)計(jì)算式中:N為系統(tǒng)輪灌組數(shù);n為系統(tǒng)出水口總數(shù);q為出水口的出水量(m3/h;int為取整符號;Q設(shè)同前。(2出水口實(shí)際出水量計(jì)算,按式q=NQ設(shè)/n計(jì)算(3同時工作出水口數(shù)目的確定,按式X=int(n/N計(jì)算3式中:X為同時工作的出水口數(shù),其它符號同前。(4每個輪灌組工作時間,按式t N=T/N計(jì)算式中:t N為每個輪灌組工作時間(h;T、N同前。2.4 水力計(jì)算2.4.1 管網(wǎng)各級管道的流量計(jì)

15、算在管網(wǎng)管道流量計(jì)算時,采用自下而上的方式推求各管段的流量。2.4.1.1 支管流量的確定根據(jù)輪灌組及出水口的水量,同時工作的出水口數(shù),計(jì)算支管道的流量。按式Q支=n支q計(jì)算式中:Q支為支管進(jìn)口流量(m3/h;n支為支管控制的出水口數(shù);q同前。2.4.1.2 干管流量的確定干管內(nèi)的水量是同時工作支管水量的總和。即:Q干=n干Q支式中:Q干為干管進(jìn)口流量(m3/h;n干為干管控制支管數(shù);Q支同前。2.4.2 管網(wǎng)水力計(jì)算2.4.2.1 給水栓工作水頭在采用移動軟管灌溉系統(tǒng)中,一般軟管直徑為 50 100,長度不超過100m。此時給水栓工作水頭用式H g=h y f+ H g y+(0.20.3計(jì)

16、算。式中:H g為給水栓工作水頭(m;h y f為移動軟管沿程水頭損失(m; H g y為移動軟管出口與給水栓出口高差(m。當(dāng)給水栓直接配水入渠道時:H g=0.2 0.3m。2.4.2.2 管網(wǎng)各管段管徑的確定低壓管網(wǎng)水力計(jì)算根據(jù):設(shè)計(jì)水量、管網(wǎng)入口壓力確定管網(wǎng)中各級管徑,各節(jié)點(diǎn)壓力。最后選用與計(jì)算出的管徑接近的商用管徑。管徑選定后要進(jìn)行不淤流速(一般取0.5m/s和最大允許流速(通常限制在2.5m/s 3.0m/s校核。為了充分利用自然水頭,其管徑用下式計(jì)算。d=fQ mi1/b式中:d為管道內(nèi)徑,mm或m;f為沿程水頭損失摩阻系數(shù);Q為管道內(nèi)設(shè)計(jì)流量,m3/h或m3/s;m為流量系數(shù);b

17、為管徑系數(shù);i為平均水力坡度。為管段上游節(jié)點(diǎn)與下游節(jié)點(diǎn)水頭差除以管段長度。2.4.2.3 管網(wǎng)水頭損失計(jì)算沿程水頭損失計(jì)算:根據(jù)選定的管材、管徑、設(shè)計(jì)流量、管道長度,按式h f=fLQ md b計(jì)算其沿程水頭損失。式中:h f為管道沿程水頭損失(m;L為管道長度(m;Q為管道內(nèi)設(shè)計(jì)流量,m3/h或m3/s;d為管道內(nèi)徑,mm或m;f為沿程水頭損失摩阻系數(shù);m為流量系數(shù);b為管徑系數(shù)。2.4.3 輸水管道性能的選擇(1輸水管道設(shè)計(jì)要求的工作壓力確定。管材允許工作壓力應(yīng)為管道最大正常工作壓力的1.4倍。當(dāng)管道可能產(chǎn)生較大水擊壓力時,管材的允許工作壓力應(yīng)不小于水擊時的最大壓力。(2管壁要均勻一致。(

18、3管材內(nèi)壁要光滑。(4管與管、管與管件連接要方便。2.4.4 防止水擊壓力的措施(1操作運(yùn)行中應(yīng)緩慢啟閉閥門,以延長閥門啟閉時間,從而避免產(chǎn)生直接水擊,并可降低間接水擊壓力。(2由于水擊壓力與管內(nèi)流速成正比,因此,在設(shè)計(jì)中應(yīng)控制管內(nèi)流速不超過最大流速限制范圍。(3由于水擊壓力與管道長度成正比,因此,在設(shè)計(jì)中可隔一定距離設(shè)置具有自由水面的調(diào)壓井或安裝安全閥和進(jìn)排氣閥,以縮短管道長度,削減水擊壓力。2.4.5 安全保護(hù)裝置管道輸水灌溉系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置主要有進(jìn)(排氣閥、安全閥、調(diào)壓裝置、逆止閥等。2.4.5.1 進(jìn)排氣閥的選擇進(jìn)排氣閥按式d0=10.5D0V451/2選擇。一般在順坡布置安裝在管道

19、系統(tǒng)首部,逆坡布置時在管道系統(tǒng)尾端,安裝在管道系統(tǒng)的凸起處,管道朝水流158水利與建筑工程學(xué)報(bào) 第9卷方向下折及超過10度的變坡處。式中:d0為進(jìn)排氣閥通氣孔直徑(mm;D0為被保護(hù)管道內(nèi)徑(mm;V為被保護(hù)管道內(nèi)水流速度(m/s。2.4.5.2 安全閥安全閥是一種壓力釋放裝置,安裝在管路較低處,起超壓保護(hù)作用。3 低壓式管道輸水灌溉管理及技術(shù)要求低壓管道灌溉工程同其它水利工程一樣,必須正確處理好建、管、用三者關(guān)系。建是基礎(chǔ),管是關(guān)鍵,用好增產(chǎn)是目的。在保證管道系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量的前提下,只有管好用好才能充分發(fā)揮效益。3.1 管理制度低壓管道灌溉系統(tǒng)也需要有完善的管理制度,如果沒有一套與其相適應(yīng)的管

20、理措施,也是不能正常運(yùn)行的。要從四個方面完善管理制度:一是建立健全管理組織;二是依法管水;三是實(shí)行管理責(zé)任制;四是建立管理考核標(biāo)準(zhǔn)。3.2 低壓管道灌溉系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)要求灌溉前必須首先打開應(yīng)澆地塊的給水栓,每條主管道打開的給水栓數(shù)不少于3個; 打開給水栓后,再開進(jìn)水閘,閘門開啟度應(yīng)根據(jù)渠道水位,滿足管道用水量,待壓力池水位和堰頂齊平,穩(wěn)定為好; 灌溉結(jié)束后,先關(guān)閉進(jìn)水閘,然后再關(guān)閉給水栓; 冬灌結(jié)束后,必須將管道內(nèi)的水排掉,防止凍壞管道; 用前必須做好管道的檢修工作4。4 低壓管道灌溉系統(tǒng)效果分析低壓管道灌溉系統(tǒng)與明渠灌溉相比具有以下優(yōu)點(diǎn):(1節(jié)水、節(jié)能低壓管道灌溉系統(tǒng)輸水損失小,渠系水利用率達(dá)

21、95%以上,比土渠提高30%,比防滲渠道提高5%,綜合節(jié)水達(dá)40%左右。由于用管道輸水,減少了滲漏和蒸發(fā)損失,綜合節(jié)能在20%30%。(2省地、省工低壓管道灌溉系統(tǒng)中管道埋入地下,比明渠灌溉減少占用耕地2%,對土地資源的充分利用有著重要意義。管道灌溉不僅能減少大量的田間建筑物,而且還可以實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、系統(tǒng)化;輸水時間短,縮短了輪灌期,節(jié)省了工日。(3適應(yīng)性強(qiáng)、管理方便低壓管道灌溉系統(tǒng)是有壓供水,可適用于各種地形,如:越溝,跨路,拐彎和爬坡等。管道灌溉設(shè)備比較簡單,技術(shù)容易掌握,管理方便,用水量便于控制和計(jì)量,并為農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動化的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。(4使用壽命長管道埋入地下,塑料管不易老化、不宜腐蝕、不宜破壞,一般使用壽命在50a左右。實(shí)踐證明,低壓管道灌溉系統(tǒng)節(jié)水效果明顯,減少了水資源的浪