丘陵山區管道灌溉系統工程的規劃設計技術

【提要】管道灌溉技術是貧水山區灌溉經濟作物最常用的一種方法。作者結合多年在丘陵山區從事管道灌溉工程規劃設計的經驗，介紹了該種技術的規劃設計方法，可供進行管道灌溉規劃計劃設計時參考。

1、前言

管道灌溉系統一般由輸水系統和配水系統組成，其輸水系統一般采用塑料管道（PVC）、鑄鐵管、鋼筋硂管或其他硬管材；配水系統一般采用PVC硬管材，另外還輔助以給水栓及移動錦塑軟管等田間配套設施。它具有設計簡便、易于掌握、投資少、施工簡單、管理方便、單次灌溉時間短、節省水量等優點，因而在缺水山區被廣泛采用。作者結合在丘陵山區農村從事節水灌溉工作的機會，參與了魯中南11個縣（市、區）興建的209處小型管道灌溉工程的規劃設計與施工等工作，發展節水灌溉面積15445畝，有些工程已運行了12年之久，目前仍正常運行。

在丘陵山區，管道灌溉工程一般以井水、塘壩水及河道水為水源，主要為提水灌溉工程，需要動力，需要支付能耗費和機電設備維修費，因而其建設投資比自流灌溉工程高。因此在選擇灌溉作物時應以果樹、蔬菜等經濟作物為主，以取得較好的經濟效益。

2、灌溉面積的確定

在丘陵山區，由于水源水量不是很充分，因而單項工程灌溉面積的選擇不宜過大。根據我們的實踐經驗，對一般的小型管道灌溉工程，單處工程灌溉面積一般以小于300畝為宜，多數在100~150畝之間較為合適。因此，在確定灌溉面積時要充分考慮到水源的出水量、投資的承受能力及灌溉作物在灌溉期的需水強度等因素的影響，可按下式計算：

A=Q×T×t日/w毛 （1）

式中A——灌溉面積（畝）；

Q——水泵出水量（m/h）；

T——設計灌水周期（d）；

t日——系統日工作時數（h）；

w毛——毛灌水定額（m/畝）。

按（1）式確定的灌溉面積，還需要用水源的實際出水量進行校核，可按（2）式進行：

A×I≤Q水×T年×24（2）

式中A——按（1）式確定的灌溉面積（畝）；

I——灌溉作物的灌溉定額（m/畝）；

Q水——水源的實際出水量（m/h）；

T年——每年灌溉的時間，一般為40~50d。

對于（2）式而言，如果成立，則說明確定的灌溉面積正確；反之，則需更換水泵，重新計算灌溉面積。

3、管道灌溉工程管網系統設計

（1）灌溉系統工作制度的確定

在進行總體規劃時，為節省投資，灌溉系統的工作制度一般確定為輪灌。輪灌系統需根據作物布局、管理要求、灌區各片高差、所需流量等劃分輪灌組，并用表格的形式給出各輪灌組所控制的管段編號。

在管道灌溉工程中，作物的毛灌水定額采用下式計算

W毛=W/η水（3）

式中W毛——作物的毛灌水定額（m/畝）；

W——作物的凈灌水定額（m/畝）；

η水——系統水利用系數。

對于管道灌溉系統，需對其單次灌水時間進行計算，然后再計算輪灌組數并合理劃分輪灌組。其一次灌水時間可用下式計算：

t次=W毛×A0/q0（4）

式中t次——一次灌水的延續時間（h）；

A0——單口控制面積（畝），可按單個給水栓控制的面積計算；

q0——單口流量（m/h），按單個給水栓的流量計算。

其余符號同前。

根據一次灌水延續時間，可按下式計算輪灌組數。

N≤int【t日×T/t次】（5）

式中N——系統總的輪灌組數（個）；

t日——系統日運行時數，一般取14~18h；

int【】——取整數符號。

其余符號同前。

為了便于管網系統水力計算，在確定了輪灌組之后，可對輪灌組進行編號，標出每一輪灌組所控制的管段號及流量值，為管網水力計算提供依據。

對于水源流量已定的管道輸水灌溉系統，需根據取水流量大小確定同時工作的出流口數。據我們的實踐經驗，在山丘區管道灌溉系統中，管道系統單個給水栓流量一般以4~10I/s，同時工作的出流口應在揚程相近的區域，亦即同一輪灌組的出流口高差不宜過大，可分布于各支管的相應位置上。一般情況下不按支管劃分輪灌組。

（2）管道灌溉系統管網流量計算

灌溉系統流量計算，一般可采取下列計算步驟與方法。

①首先繪制管網平面布置圖和水力計算草圖。

②管網流量與年工作時數的計算。

在設計時，可從末級管道開始按不同輪灌組分別推算各段流量及相應年工作時間。對于控制多個輪灌組的管段，需計算出平均流量和年總運行時數。對于末級管道流量，可按下式計算：

Q段=W毛×A末/T次（6）

式中Q段——計算管段流量（m/h）；

A末——末級管道的控制面積（畝）；

T次——末級管道的一次灌水延續時間（h），T次=T×t日/N；

T——灌水周期，N——輪灌組數，t日——日運行時數。

其它管道流量按其所控制的輪灌組數分別自末級向管網首部逐級推算。

各級管道的年工作時數按其所控制的輪灌組數，分別自末級管道向水源逐級推算，可只計算多年平均（或50%年份）值。