低压管道输水节水灌溉技术在石头河灌区的运用

1、第9卷第3期2011年6月水利与建筑工程学报Journal of Water Resources and Architectural EngineeringVol.9No.3Jun.,2011收稿日期:2011 04 12 修稿日期:2011 04 29作者简介:王文平(1968 ,男(汉族,陕西眉县人,工程师,主要从事水利工程建设与管理工作。低压管道输水节水灌溉技术在石头河灌区的运用王文平(陕西省石头河水库灌溉管理局,陕西杨凌712100摘 要:针对低压管道输水节水灌溉技术在石头河灌区的应用,针对自然高差较大,且属清水灌溉,适合低压管道输水灌溉这一特点,从系统设计、设备选型、灌溉管理等方面对

2、低压管道输水节水灌溉技术进行了全面系统的介绍。通过近年的示范推广,证明该项技术具有节水、省地、省工和工程造价低、施工简便、管理方便及工程寿命长、增产效益显著等多种优势。该技术的应用对缓解水资源危机,提高农业生产水利设施条件,改善农业生态环境,增加农民收入发挥了重要作用。关键词:低压管道;灌溉系统;灌区;节水改造中图分类号:S275文献标识码:A文章编号: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 石头河水库灌区是在原梅惠渠基础上发展起来的一个新老结合的灌区,位于关中西部,始建于1941年,灌区设输水干渠4条,支渠14条,总长191.2km,控制灌溉面积2.467 104hm 2,灌区地形南高北低,地面坡降较大,由于灌区渠道基本依据地形比降布设,生成的渠道就成为 顺地跑 渠道,渠道比降大都在1/351/300之间,由于渠道比降过大,冲刷破坏比较严重,这样不但使渠道工程的使用寿命大大降低,而且造成了水资源的严重浪费。因而从2002开始我们在石头河水库灌区进行节水改造时,根据灌区自然高差较大,且属清水

8、灌溉,适合低压管道输水灌溉这一特点,在建设中,改变传统的衬砌渠道方式,在东干九支渠率先实施了以低压管道输水节水灌溉为主的万亩节水示范园工程,在节水、节能、节地、省工、便于管理等方面取得较好的效果。实践证明,低压管道灌溉系统是一项值得在灌区节水改造中推广应用的技术。1 低压管道灌溉系统的机理和组成1.1 低压管道灌溉系统的机理低压管道灌溉系统就是利用地形的自然高差形成的压力水头,通过管道输水到田间的节水灌溉系统。它突出的特点就是充分利用自然压差,形成压力管道系统,不需要消耗电能就可配套低压管道灌溉、喷灌、滴灌等节水灌溉设施1。1.2 低压管道灌溉系统的组成低压管道灌溉系统包括:水源、输水系统、给

9、配水装置、保护设备(调压阀或排气阀等、田间灌水设施。2 低压管道灌溉系统的规划和设计2.1 资料收集基本资料的收集及有关技术参数的选用,是低压管道灌溉系统规划的前提,必须做到准确可靠,必要时应对有关数据进行观测、试验和分析论证。必须收集以下基本资料,作为设计的依据。2.1.1 地形地貌地形地貌可应用已有的航测图、乡村农田基本建设图或灌区平面图作为参考。在规划阶段应使用1/5000 1/10000地形图;管网布置阶段应使用1/2000 1/5000地形图。并在地形图上标出行政区划、村庄、道路等基本地形、地貌,并绘出管网的走向及有关设施的位置。2.1.2 气象灌区内的多年降水量、蒸发量、主风向及风

10、速,最高、最低、平均气温,无霜期的长短,日照小时数,地温,湿度等。2.1.3 土壤特性土壤质地,耕层厚度,养分状况。2.1.4 灌区内主要作物分布灌区总面积,农作物种类,种植比例,各种作物的种植面积。2.1.5 经济情况规划区内人口,劳动力,耕地面积,产量,人均收入,交通状况2。2.1.6 管道材料管道材料性能,生产厂家,管材类型。2.2 系统设计内容低压管道输水灌溉工程设计主要包括八个方面的内容。(1确定管道长度及走向,并绘制管道纵断面图。(2灌溉制度的制定。计算灌水定额,灌水周期。(3水量平衡分析。根据灌溉面积确定供需水量。(4管道布局。确定管网的走向、管道各段的长度。(5确定灌溉方式、灌

11、溉工作制度。(6管道水力计算。确定管网入口的工作压力、管道水头损失、管径的大小;管道内流速校核。(7工程概算。(8经济效益分析。2.3 系统管网布置及灌溉制度的确定2.3.1 管网布置管网布置的合理与否,对工程投资、运行状况和管理维护有很大影响。一般管道布置应遵循以下原则。(1充分利用压力水头。(2力求管道总长度短、控制面积大,管线平直,减少拐弯、起伏等。(3支管道走向应与作物种植方向及地形坡度相适应。支管间距单向控制时不应大于75m,双向控制时不应大于150m。2.3.2 灌溉制度的确定灌溉制度是根据作物生育期内一定的气候、土壤和耕作技术条件为获得高产稳产进行适时适量灌水的一种制度。其内容包

12、括灌水定额、灌溉定额、灌水时间及次数。2.3.2.1 灌水定额的确定在管网设计中,采用作物生育期内各次灌水量中最大的一次作为设计灌水定额。对于种植不同作物的灌区,通常采用设计时段内主要作物的最大灌水定额作为设计灌水定额。一般灌水上限按田间持水量的80%95%计算,下限按田间持水量的60%65%计算。灌水定额m=667H ( 1- 2/ 计算。式中:m为设计灌水定额(m3/亩;H为计划湿润层深度(m,一般大田可取0.40.6,蔬菜0.20.3,果树0.81.0; 1、 2为土壤适宜含水量上、下限; 为土壤干密度(t/m3; 为田间水有效利用系数,一般取0.850.95。2.3.2.2 灌水周期的

13、确定根据灌水临界期作物最大日需水量值,按下式计算理论灌水周期。因为,实际灌水中可能会出现停水、配水设备故障等原因,故设计灌水周期应小于理论灌溉周期。T理=m/E p>T设式中:T理为理论灌水周期(d;E p为控制区内作物最大日需水量(mm/d;T设为设计灌水周期(d。2.3.2.3 设计流量的确定根据灌水定额、灌溉面积、灌水周期、每天工作的时间和灌溉水利用系数计算灌溉设计流量。Q设=0.667mA/( Tt式中:Q设为灌溉设计流量(m3/h;m、T同前;A为系统设计灌溉面积(667m2; 为管道输水效率,一157第3期 王文平:低压管道输水节水灌溉技术在石头河灌区的运用般取0.950.9

14、8;t为每天工作的时间(h,一般取12h16h。2.3.3 灌溉工作制度传统灌溉方式是续灌和轮灌相结合的方法,即:支管之间采用轮灌,支管内采用续灌。(1系统轮灌组数目的确定,用式N=int(nq/Q设计算式中:N为系统轮灌组数;n为系统出水口总数;q为出水口的出水量(m3/h;int为取整符号;Q设同前。(2出水口实际出水量计算,按式q=NQ设/n计算(3同时工作出水口数目的确定,按式X=int(n/N计算3式中:X为同时工作的出水口数,其它符号同前。(4每个轮灌组工作时间,按式t N=T/N计算式中:t N为每个轮灌组工作时间(h;T、N同前。2.4 水力计算2.4.1 管网各级管道的流量计

15、算在管网管道流量计算时,采用自下而上的方式推求各管段的流量。2.4.1.1 支管流量的确定根据轮灌组及出水口的水量,同时工作的出水口数,计算支管道的流量。按式Q支=n支q计算式中:Q支为支管进口流量(m3/h;n支为支管控制的出水口数;q同前。2.4.1.2 干管流量的确定干管内的水量是同时工作支管水量的总和。即:Q干=n干Q支式中:Q干为干管进口流量(m3/h;n干为干管控制支管数;Q支同前。2.4.2 管网水力计算2.4.2.1 给水栓工作水头在采用移动软管灌溉系统中,一般软管直径为 50 100,长度不超过100m。此时给水栓工作水头用式H g=h y f+ H g y+(0.20.3计

16、算。式中:H g为给水栓工作水头(m;h y f为移动软管沿程水头损失(m; H g y为移动软管出口与给水栓出口高差(m。当给水栓直接配水入渠道时:H g=0.2 0.3m。2.4.2.2 管网各管段管径的确定低压管网水力计算根据:设计水量、管网入口压力确定管网中各级管径,各节点压力。最后选用与计算出的管径接近的商用管径。管径选定后要进行不淤流速(一般取0.5m/s和最大允许流速(通常限制在2.5m/s 3.0m/s校核。为了充分利用自然水头,其管径用下式计算。d=fQ mi1/b式中:d为管道内径,mm或m;f为沿程水头损失摩阻系数;Q为管道内设计流量,m3/h或m3/s;m为流量系数;b

17、为管径系数;i为平均水力坡度。为管段上游节点与下游节点水头差除以管段长度。2.4.2.3 管网水头损失计算沿程水头损失计算:根据选定的管材、管径、设计流量、管道长度,按式h f=fLQ md b计算其沿程水头损失。式中:h f为管道沿程水头损失(m;L为管道长度(m;Q为管道内设计流量,m3/h或m3/s;d为管道内径,mm或m;f为沿程水头损失摩阻系数;m为流量系数;b为管径系数。2.4.3 输水管道性能的选择(1输水管道设计要求的工作压力确定。管材允许工作压力应为管道最大正常工作压力的1.4倍。当管道可能产生较大水击压力时,管材的允许工作压力应不小于水击时的最大压力。(2管壁要均匀一致。(

18、3管材内壁要光滑。(4管与管、管与管件连接要方便。2.4.4 防止水击压力的措施(1操作运行中应缓慢启闭阀门,以延长阀门启闭时间,从而避免产生直接水击,并可降低间接水击压力。(2由于水击压力与管内流速成正比,因此,在设计中应控制管内流速不超过最大流速限制范围。(3由于水击压力与管道长度成正比,因此,在设计中可隔一定距离设置具有自由水面的调压井或安装安全阀和进排气阀,以缩短管道长度,削减水击压力。2.4.5 安全保护装置管道输水灌溉系统的安全保护装置主要有进(排气阀、安全阀、调压装置、逆止阀等。2.4.5.1 进排气阀的选择进排气阀按式d0=10.5D0V451/2选择。一般在顺坡布置安装在管道

19、系统首部,逆坡布置时在管道系统尾端,安装在管道系统的凸起处,管道朝水流158水利与建筑工程学报 第9卷方向下折及超过10度的变坡处。式中:d0为进排气阀通气孔直径(mm;D0为被保护管道内径(mm;V为被保护管道内水流速度(m/s。2.4.5.2 安全阀安全阀是一种压力释放装置,安装在管路较低处,起超压保护作用。3 低压式管道输水灌溉管理及技术要求低压管道灌溉工程同其它水利工程一样,必须正确处理好建、管、用三者关系。建是基础,管是关键,用好增产是目的。在保证管道系统建设质量的前提下,只有管好用好才能充分发挥效益。3.1 管理制度低压管道灌溉系统也需要有完善的管理制度,如果没有一套与其相适应的管

20、理措施,也是不能正常运行的。要从四个方面完善管理制度:一是建立健全管理组织;二是依法管水;三是实行管理责任制;四是建立管理考核标准。3.2 低压管道灌溉系统运行技术要求灌溉前必须首先打开应浇地块的给水栓,每条主管道打开的给水栓数不少于3个; 打开给水栓后,再开进水闸,闸门开启度应根据渠道水位,满足管道用水量,待压力池水位和堰顶齐平,稳定为好; 灌溉结束后,先关闭进水闸,然后再关闭给水栓; 冬灌结束后,必须将管道内的水排掉,防止冻坏管道; 用前必须做好管道的检修工作4。4 低压管道灌溉系统效果分析低压管道灌溉系统与明渠灌溉相比具有以下优点:(1节水、节能低压管道灌溉系统输水损失小,渠系水利用率达

21、95%以上,比土渠提高30%,比防渗渠道提高5%,综合节水达40%左右。由于用管道输水,减少了渗漏和蒸发损失,综合节能在20%30%。(2省地、省工低压管道灌溉系统中管道埋入地下,比明渠灌溉减少占用耕地2%,对土地资源的充分利用有着重要意义。管道灌溉不仅能减少大量的田间建筑物,而且还可以实现规范化、系统化;输水时间短,缩短了轮灌期,节省了工日。(3适应性强、管理方便低压管道灌溉系统是有压供水,可适用于各种地形,如:越沟,跨路,拐弯和爬坡等。管道灌溉设备比较简单,技术容易掌握,管理方便,用水量便于控制和计量,并为农业机械化、自动化的发展创造了有利条件。(4使用寿命长管道埋入地下,塑料管不易老化、不宜腐蚀、不宜破坏,一般使用寿命在50a左右。实践证明,低压管道灌溉系统节水效果明显,减少了水资源的浪