低压管道输水灌溉工程设计中应注意的几个问题

第５２卷第１０期　甘肃水利水电技术　Ｖｏ１．５２．Ｎｏ．１０　２０１６年１Ｏ月　ＧＡＮＳＵ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳＯＵＲＣＫＳ　ＡＮＤ　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｏｃｔ．．２０１６　・设计与研究・　低压管道输水灌溉工程设计中应注意的几个问题　杨培峰　（临洮县洮河灌区管理局，甘肃临洮７３０５００）　摘要：高效节水灌溉项目具有点多、面广、量大、综合性强的特点，针对低压管灌工程设计中容易疏忽，出现偏差、漏项　的关键点和共性问题，从水源工程设计、管网布置、系统流量确定等方面进行了分析归纳总结。　关键词：低压管灌；设计；注意问题；技术要点；分析总结　中图分类号：￥２７７　文献标志码：Ｂ　文章编号：２０９５—０１４４（２０１６）１０—００６３—０３　１　前言　施将灌溉水送至田间，可直接或连接地面软管分水　我国人多地少水缺，随着人口不断增加、经济持　进入田间沟、畦进行灌溉。管灌的特点是所需压力　续快速发展和对生态环境质量要求的逐步提高，水　低、出水流量大，有效地减少了水资源在输送过程中　资源不足已越来越成为严重的瓶颈制约。解决水资　的渗漏损失，同时因管灌采用的设备相对比较简单，　源危机的出路一是开源，二是节流。但就我国目前　价格也较适合农民现有的承受能力，因此在于旱地　的发展阶段和水平而言，节流应作为主要手段和首　区节灌工程推广中受到普遍欢迎。　要途径。农业是第一用水大户，也是节水最具潜力　管灌系统由水源与取水工程、输配水管网、给配　的行业，因此大力发展节水灌溉，成为了缓解水资源　水装置、安全保护设施、田间灌水设施等部分组成。　供需矛盾的必然选择。为了促进节约用水，２０１４年　按压力获得方式，分机压和自压；按管网形式，分树　水利部在西北地区有针对性地提出了“西北节水增　状和环状；按工作方式，分移动式、半固定式和固定　效”重大战略项目。２０１６年，水利部下达甘肃省发展　式；按结构形式，分开敞式、半封闭式、封闭式；按工　１００万亩高效节水灌溉的建设任务，项目涉及酒泉、　作压力范围，又分低压管道系统（Ｐ≤０．４０　ＭＰａ）和非　张掖、金昌、武威、兰州、兰州新区、白银、天水、陇南　低压管道系统（Ｐ＞０．４０　ＭＰａ）。甘肃省近年来实施的　９市２９个县（区）及农垦公司２个农场和中牧公司　管灌工程河水区多为自压、机井区为机压，管道布置　山丹马场，计划发展高效节水面积１０８．５４万亩。其　方式以固定式居多，而且绝大多数为低压管灌。实际　中：管道输水灌溉４４．７５亩，喷灌５．２５万亩，滴灌　上，喷灌、微灌都离不开管道输水。　５８．４２万亩。　３管灌工程设计中应注意的问题　高效节水灌溉项目具有点多、面广、量大、综合　３．１　重视水源工程设计　性强的特点，设计工作作为项目建设的前沿，设计精　井灌区灌溉水源为机井，水源工程设计相对简　度能否满足、工程布局如何把握、技术方案是否合　单，重点是做好地面富裕压力的复核，设计中除满足　理、设备性能能否达标、投资是否经济等一系列问　各灌溉区域的压力要求外，应尽可能使设计优化，降　题，直接影响项目建设的进度、质量以及建成后效益　低工作压力范围，减少运行电费。而在河灌区，本着　的良性长久发挥，在整个项目建设过程中显得尤为　降低运行成本的原则，目前普遍推广的多数是自压　重要。　灌溉，即不采取辅助措施，充分利用自然地形落差，　２管灌系统简介　使管道系统获得压力。水源系统一般由取水口、引　管道输水灌溉简称“管灌”，是一种以管代渠的　渠、进水前池及其他附属设备组成，设计时应重点注　灌溉方式，在一定压力条件下，通过设相应的分水设　意以下几个方面。　收稿日期：２０１６—０９—０５　作者简介：杨培峰（１９６３－），男，甘肃Ｉ临洮人，工程师，主要从事灌区建设与管理，Ｅ—ｍａｉｌ：８４１Ｏ５２３６５＠ｑｑ．ｃｏｎｒ。　２０１６年第１０期　甘肃水利水电技术　第５２卷　（１）水源位置选定：通常以满足最不利区域最小　工作压力要求为前提，应本着就近选择、取水有利、　量，可以达到进一步优化设计、节约投资的目的。’　在灌溉管道设计中，管网布置是源头、是基础，　便于管理、不占或少占耕地的原则选取。管灌系统　设计一般遵循末端控制，在工作制度初步拟定的前　是保证设计合理性的前提，管网布置一旦出现偏差，　后续工作制度拟定、管径选择、水力特性等相关环节　提下，要求系统内各出水口的工作压力为３—５　ｍ，　不小于２　ｍ。但因整个系统范围总体较大，给水栓的　数量成百上千，这就涉及到如何选择最不利轮灌组　的问题。在已有的工程设计中，很多现实案例一开　始将管线最长的出水口误认为是最不利点，通过倒　将陷入反复，导致事倍功半、效率低下，设计精度将　无从谈起。管网布置时，应综合统筹考虑工程区地形　地貌、水源位置、地块分布以及管理单位、用水户要　求等多种因素，同时要满足工程投资经济、运行可　资料进行分析　做好与建设业主和用水户的沟通　了解设计意图＿÷初步拟定若干个可行的布置方案　术经济综合比较，确定推荐方案－＋开展详细设计。　靠、管理方便的要求。具体的步骤是：对工程区现状　退验算来选择水源高程，由于考虑不深入、不全面，　最后可能导致计算点位不准确，计算结果典型性、代　表性不足，局部区域出水压力不满足，灌溉不能保　证。而实际上，这种最不利点的选择是片面的，出现　了水力计算的一般概念偏差、忽视了地形落差和沿　进行初拟方案工程量、投资、运行费等计算　通过技　在相关规范中，对管道灌溉工程各级管网适宜　程损失的相互关系。作者认为，合理的做法应该是　选择多种工况进行验算，通过综合分析后确定水源　高程和位置，至少应包括下列工况：灌溉面积最大轮　的间距做了规定。在实际设计过程中，因现状地块分　布已成型，特别是老灌区的土地经营多年，重新平田　整地、重新规划不现实；而作为用水户，大都希望管　灌组、管路最　黼苣组、地形最高处出水口所处轮灌组。　（２）重视泥沙问题：在泥沙含量较大的河灌区，　道布置上尽可能密集化，以方便运行管理。在这种情　况下，要保证工程投资适中，一定程度上对管网布置　管道防淤堵设计包括以下几个方面：①为有效防止　水中的作物秸秆、柴草等漂浮物进人管道，应在管道　提出了更高的要求。因此，设计人员除了做好技术工　作外，还要注重做好与业主、用水户的协调、沟通。根　进口处设拦污栅及拦污网；②为防止推移质及较大　颗粒泥沙进入管道，应在管道进口处设置拦沙坎；　③多泥沙水作为灌溉水源时，应根据水中泥沙含量　流速；④对于河灌区普遍推广的自压管灌，当含沙量　较大或地形落差较小，通过管路调节不能满足正常　输沙要求时，应利用地形条件，设置沉沙建筑物。　３．２注重管网的合理布置　据甘肃省实施管灌工程的实际，平原区或地块较大　的河水灌区亩均管道长度宜控制在８—１０　ｍ，即管　道平均间距为６Ｏ一８Ｏ　ｍ；山丘区或地块较小的机井　间距为４０　６０ｍ。　３．３合理确定系统设计流量　及级配特性，通过计算管道临界不淤流速，确设设计　灌区亩均管道长度宜控制在ｌ３—１５　ｍ，即管道平均　管灌系统设计流量通常采用公式Ｑ＝ｎ，　／（ｎ　计　算确定。决定流量大小的因素有灌水定额ｍ、灌溉高　系数田、系统日工作小时数ｔ、一次灌水延续时间　在管灌工程分项组成中，管材投资占工程投资　峰期作物的种植比例口、设计灌溉面积Ａ、灌溉水利用　比重较大，多数达５０％～６０％。因此管网布置合理与　否，对工程设计的合理性、经济性至关重要。总结近　年来甘肃实施的大量管灌工程建设经验，设计之初　在很多设计案例中，灌水定额ｍ通常采用灌区　已成型、长期沿用的定额，而没有根据工程区实际的　由于管网布置方案单一，缺乏应有的技术经济比选　论证，在工程落地实施阶段，因建设单位及用水户的　管理要求变化，对原设计方案进行变更的案例普遍　存在，在一定程度上影响了工程进度和设计质量声　誉。通过分析总结，作者认为，扣除客观方面的原因　外，设计中采用适宜的方法，通过多方案综合比选后　土壤特性、种植作物、生育期需水差异等做必要的论　证分析，具有一定的局限性。作者认为，在尊重现有　灌溉定额的基础上，还应按照规范中灌水定额计算　的一般公式ｍ＝ｌ０ｙ　（　。一　，充分考虑不同作物不　同生育期湿润层深度和适宜含水量的差异，分别进　行计算，通过数据分析，综合各种因素，确定合理适　确定的管网布置方案相对合理，一般比单一依据现　宜的灌水定额。　有地形、管道代渠的方法可节省至少１５％的管材用　此外，甘肃省部分区域特别是河西及沿黄地区，　第１０期　杨培峰：低压管道输水灌溉工程设计中应注意的几个问题　第５２卷　因考虑土壤压盐压碱要求，灌溉定额中都有泡地用　水组成，但灌水定额均较生育期大，灌水周期相对较　短，在确定管道系统设计流量时，除对作物用水高峰　期条件下的流量进行计算外，还应对泡地灌水所需　的设计不容忽视。　４结语　纵观全省“水利十三五发展规划”项目战略布　局，发展高效节水灌溉、建设高效节水农业已经成为　当前及未来几年甘肃省农业提质增效的主流。高效　节水灌溉工程具有点、线、面多元化综合特性，高效　率、高质量的设计成果是工程顺利实施和运行效益　良性持久发挥的保证。通过对低压管灌设计中易出　现的几方面问题进行总结归纳，并提出了相应的设　流量进行复核计算，综合考虑后确定设计流量。很　多设计实例中忽略了该部分，应引起注意。　３．４设计中应注意的其他事项　目前高效节水灌溉工程中可应用的管材种类较　多，有金属管（钢管、铸铁管），化学管（聚氯乙烯　ＰＶＣ管、聚乙烯ＰＥ管、玻璃夹纱ＦＲＰＭ管），混凝土　计方法和经验。部分理论及经验成果在整个高效节　管（普通钢筋混凝土管、预应力钢筋混凝土管）等。　管材选择除满足技术要求外，还应满足经济性要求，　设计中一般根据当地的建材条件和实践经验，提出　２～３类管材进行技术经济综合比选。甘肃省目前实　施的管道灌溉工程中，聚氯乙烯ＰＶＣ管应用最为普　遍。此外，管材的承压等级直接关系到管道系统的　灌管道系统（包括喷灌和微灌）设计中具有共性，对　广大水利设计人员有一定的借鉴价值。　参考文献：　［１］王二英，李娟，贾永国．低压管灌工程田间管道的管径优　化设计ｆＪ１＿建筑工程技术与设计，２０１４，２（１２）：２２—２４．　［２］高群．农田水利低压管道灌溉设计要点探索ｆＪ１．工程技术：　引文版，２０１６，１（５）：００２０２—００２０２．　安全，设计中应引起高度重视。　甘肃省项目区均处内陆寒冷地区，为保证管道　安全过冬，设计中一般要考虑防冻措施。同时在工　程运行中，为避免管道产生真空，排除管内空气，减　少输水阻力，超压保护，调节压力，防止管道水回流　倒吸污染水源或破坏水泵，对系统的安全保护装置　［３］邓纪泽，王大龙．浅谈农田水利低压管道灌溉设计要点［Ｊ】　．城市建设理论研究：电子版，２０１５，５（８）：１０６—１０７．　［４］张艳．浅谈农田水利低压管道灌溉设计要点叨．科学时代，　２０１４，２２（４）：１２１－１２２．　［５］朱昌举．低压管道灌溉在平原区小型农田水利工程中的　应用［Ｊ］．科技信息，２０１４，２８（５）：２７９—２８０．　（上接第６２页）　各次序灌前透水率均呈现递减趋势，Ｉ序孔平　均透水率８．９８　ＬｌＪ，Ⅱ序孔平均透水率７．５２　ＬｌＪ，Ⅲ序　孔平均透水率２．９１　Ｌｕ，灌浆后，检查孔ｗ—Ｊ＿１共做　（２）灌浆试验孔各序次水泥注入量相差较大，　各序次孔单位注灰量呈递减趋势；检查孔采用岩芯　上多处可见水泥结石且密实度好；试验区岩体可灌　性较好。　压水试验４段，平均透水率１．３５　Ｌｌｌ，检查孔ｗ—Ｊ－２　共做压水试验４段，平均透水率２．１４；检查孔压水试　验数据表明，灌浆之后岩体透水率小于３　Ｌｕ，灌浆效　果明显。　７．２水泥注入量的结果分析　（３）单孔单孔平均单位注灰量最大值为１５５．６　ｋｇ／ｍ（Ｉ序孔），最小值为７３　ｋｇ／ｍ（１１Ｉ序孔），平均值为　１０３．７　ｋｇ／ｍ。　（４）采用上述施工工艺和灌浆方法，对岩体进　行帷幕灌浆处理是有效的，抗渗性能明显提高。灌浆　由表２、３可知：各序次孔水泥注入量相差较大，　各序次孔单位注灰量呈递减趋势；试验区岩体可灌　性较好，但均一ｌ生较差，说明试验区岩体裂隙发育程　度及渗透性具明显的差异性。　８结论　试验证明，坝基岩体帷幕灌浆可灌性较好，大坝防渗　采用帷幕灌浆措施是可行的。　参考文献：　［１］赵艳林，胡风儒．甘肃省灵台县达溪河新集水库工程大坝　坝基可灌性试验分析论证报告　】．兰州：甘肃省水利水电　勘测设计研究院，２０１６．　［２］孙钊．大坝基岩灌浆Ｉｒａ］．北京：中国水利水电出版社，２００４．　６５・　（１）经对灌浆前压水试验和灌浆后检查孔压水　试验结果进行比较，灌浆前透水率最大值７４．５４　Ｌｕ，　灌浆后透水率均小于３　Ｌｕ，灌浆防渗效果明显。　・