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第六章低压管道输水灌溉技术第一节概述一、低压管道输水灌溉技术低压管道输水灌溉简称管道输水灌溉，在田间灌水技术上，仍属于地面灌溉类，它是以管道代替明渠输水灌溉系统的一种工程形式。灌水时使用较低的压力，通过压力管道系统，把水输送到田间沟、畦，灌溉农田。低压管道输水低压管道输水主要特点：工作压力相对于喷灌、微喷灌等较低。主要用于输配水系统层次少(一级或二级)的小型灌区(特别是井灌区)，也可用于输配水系统层次多的大型灌区的田间配水系统。二、压力范围管道系统的压力一般不超过0.2MPa管道最远处出口压力应控制在0.002-0.003MPa。有时受管材承压能力的限制，管道的输水压力还得相应地降低。三、管道系统组成水源(机井)输水管道给配水装置(出水口、给水栓)安全保护设施(安全阀、排气阀)田间灌水设施等部分组成,见图1-1所示。(一)水源低压管道输水灌溉的水源有井、河、渠、水库、塘等，配套的提水动力多为机泵(有自压条件的除外)。(二)输水系统输水系统是由输水管道、管件(三通、四通、弯头、变径接头等)连接成的输水通道。按管道材料可分为混凝上管、水泥砂土管、缸瓦管、石棉水泥管、塑料管等。(三)给配水装置由地下输水管道向田间沟、畦配水的给水装置，一般称出水口，如能连接下一级田间移动管道的，则称给水栓。(四)保护设备为防止水泵突然关闭或其它事故等产生的水锤,在管道系统首部或适当位置安置调压或进排气阀等保护设置。(五)田间灌水设施田间灌水设施一般是指与出水口相连接的闸管系统。第二节低压管道输水灌溉的优点一、节水管道输水系统可以减少渗漏和蒸发损失，提高水的有效利用率。各地井灌区低压管道输水灌溉的实践表明，一般可比土渠输水节约水量30%左右。是一项有效的节水灌溉工程措施。二、输水快和省时、省力管道输水灌溉是在一定压力下进行的，一般比土渠输水流速大、输水快，供水及时，有利于提高灌水效率，适时供水，节约灌水劳力。三、减少土渠占地以管代渠在井灌区一般可比土渠减少占地2%左右。对于我国土地资源紧缺，人均占有耕地不足1.5亩的现实来说，这是一个很大的社会和经济效益，其意义极为深远。四、节能用管道输水灌溉，比土渠输水多消耗一定能耗，但通过节水，提高水的有效利用率所减少的能耗，一般可节省能耗20%一25%。五、灌水及时促进增产增收管道输水灌溉，减少水量损失，同时改善了田间灌水条件，缩短了轮灌周期，从而有效地满足了作物生长的需水、可收到增产增收的效果。另外，采用管道输水，还便于管理便于机耕。第三节低压管道输水灌溉技术的发展与展望一、国外发展概况美国：早在20世纪20年代就在加利福尼亚州的图尔洛克灌区应用低比管道输水灌溉技术，其形式是地面闸管系统和地下管道阀门系统。前苏联：典型的(相当于农渠一级的)低压管网系统采用地下固定式石棉管或塑料硬管，从架空的“U”型槽的斗渠通道虹吸管或管式放水口引水。日本：灌溉输水系统已由部分管道输水向多级组合的完整的管道输水系统发展。以色列：以色列为干旱半干旱地区，有300万亩灌溉土地，90％以上实现了管道化．水的有效利用系数很高。全国主要水系已连结成统一水网。其他如罗马尼亚、保加利业等国家，管道输水灌溉发展也都比较快。二、我国发展概况我国低压管道输水灌溉技术的运用为时已很早，但集中连片的使用，是在20世纪50年代以后。进入80年代以来，我国北方一些地区连年干旱，地面与地下水资源日益紧张，使得低压管道输水灌溉这项节水技术得到飞速发展。管道工程规划第一节基本资料与技术参数基本资料的收集及有关技术参数的选用，是搞好工程系统规划的前提，要求做到准确可靠，必要时应对有关数据进行观测、试验和分析论证。一、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作为规划参考。在理区规划阶段应有l／5000－l／10000地形图；灌区管网布置应有1／2000一1／5000地形图。在地形图上应标出行政区别、灌区位置及控制范围边界线耕地、村庄、沟渠、道路、林带、池塘、井、河流、泵站、高（低）压输电线路等。二、农业气象低压管道输水灌溉工程规划中需要的农业气象资料有：（1）温度（2）风速（3）湿度（4）日照（5）气压（6）地温（7）降水（8）蒸发（9）无霜期始终日期三、灌溉水源灌溉水源为地下水时、应收集补给区内含水层厚度及埋藏深度、地下水位变幅、流速、给水度、渗透系数、影响半径和水力梯度、单位降深、涌水量等行关资科。灌溉水源为地表水时，应收集当地或相关水文测站中平水年、中等干旱年、丰水年的水量及年内分配，即上述各典型年的流量过程线、水位过程线、水位流量关系曲线，及年内含砂量的分配等资料。灌溉水源为小型水库时，应收集典型年的逐月逐旬流量、水位库容曲线、设计年的洪水流量过程线等。四、土壤及土壤特性为编制作物灌溉制度、在规划区土壤普查资料的基础上，主要核实如下几项内容。土壤质地土壤容重土壤田间持水量五、土地利用现状1）规划区耕地面积、林果面积、滩涂和盐碱地面积、荒地面积、池塘水面面积及其他用地等项数量分布。2）作物种类、播种面积、种植比例。第二节水源分析与供需水量计算一、水源分析管道输水灌溉工程规划中进行水源分析的目的、是为准确的掌握不同设计保近率年份水源可供开采的水量、水位变化、水质等情况，为工程设计提供依据。（一）管道输水灌溉对水源水质的要求农田灌溉水质标准见表2－3。表2－3农田灌溉水质标准值据渠灌区研究资料认为，用含有平均粒径为0.028mm(其中粒径0.025mm占47％，小于0.01mm的占9％)，含量大于6％(重量比)的水灌溉农田，对玉米、棉花等作物生长不利。从低压管道输水防淤角度要求，粒径大于0.15mm的泥沙不允许进入管道。泥沙含量不得大于10kg／m3。(二)供水量的计算供水量的计算，通常是根据规划区的供水资科进行频率计算，选择与灌溉设汁标准相应的年份为设计代表年。灌溉设计保证率见表2－4。表2-4灌溉设计保证率地区类型缺水地区丰水地区作物类型以旱作物为主以水稻为主以旱作物为主以水稻为主灌溉设计保证率％50-7570-8070-8075-951．地下水可开采量地下水可开采量根据水文地质资料分析计算，单井出水量应根据抽水试验资料确定。在平原井灌区内发展“管灌”，以开采潜层地下水为主、其地下水的来源主要有三部分。可根据当地水文地质资科分分析计算地下水量。(1)降雨入渗量W1＝0.001αPA式中:0.001－换算系数α－入渗系数、从当地水文地质资料中查选；P－设计年降水量（mm）A－补给地下水面积（m2）(2)侧向补给W2＝365Kh含LJ（m3/a）式中:K－含水层渗透系数（m/d）;h含－补给区中地下水含水层厚度(m);L－补给区周边长度（m）;J－补给区内地下水坡度(3)灌溉回归水量W3＝βMA式中:β－灌溉回归系数，从当地水文地质资料中查选;M－灌溉定额(m3／亩)，由灌溉试验资料提供;A－灌溉面积(m2)2．河(渠)水供给量首先根据河流水文测站提供的水文资料，进行频率分析与计算后，求出设计年的河流来水量，结合流域规划确定“管灌”引水流量和引水时段。3．水库、塘坝引水量根据设计年降水量P及库(塘坝)坝址以上的集雨面积Ar可供“管灌”引用的库容调蓄的水量W，按下式计算：W＝1000η蓄fPAr（m3/a）式中:W－调蓄水量（m3）;η蓄－考虑蒸发和渗漏后的蓄水有效利用系数,η蓄=0.6-0.7;f－径流系数;P－设计年降雨量;Ar－水库、塘坝、坝址以上集雨面积(km2)。二、灌溉用水量分析与计算(一)作物需水量的计算农作物生长发育过程中，从播种至收获消耗于植株叶面蒸腾和株间蒸发的水分的总和，称为作物需水量，也叫作物耗水量或腾发量，它是农田灌溉工程的一项基本参数。作物需水量常用的计算方法如下：1.修正彭曼公式法E＝KcET0式中:E－作物需水量（mm）或（m3/亩）;Kc－作物系数;ET0－潜在腾发量（mm）或（m3/亩）。计算ET0时按彭曼公式计算。关于彭曼公式农田水利学书上有详细的介绍，这里就不在赘述了。我国华北地区于“六五”期间对作物需水量进行大量试验。主要作物潜在腾发量，可供参考选用。(2)作物系数Kc值的选择影响Kc值的主要因素是作物种类、作物生理特性、发育阶段、播种日期、生长期长短及常遇到的气候条件等。计算作物需水量时，选用Kc值通常参考联合国粮农组织灌溉及排水从书第24卷提出的作物生育四阶段标淮划分。初期、发展期、中期、后期。根据当地或条件相似地区的生产实践及试验资科确定作物生长阶段的大致天数，见表2－4。Kc值选择．初期见图2－4，中期见表2－5。发展期的Kc值由初期与中期内插、完熟时见表2－。当最小湿度介于20％－70％时内插。按华北地区“六五”期间灌溉试验资料，主要作物Kc值见表2－6，表2－7，表2－8。表2-4部分作物生长阶段天数（d）表2—5部分作物在生长中期和完熟时的Kc值表2—5部分作物在生长中期和完熟时的Kc值表2－6冬小麦作物系数Kc表2－7夏玉米作物系数Kc表2－8棉花作物系数Kc2．需水系数法在确定规划地区作物需水量时，可以采用近似地区灌溉试验所提供的需水量值(通常称为需水系数)．根据规划区计划产量计算作物需水量，见下式：E＝KY式中E—作物需水量(m3/亩)；K—需水系数(m3/亩)；Y—作物单位面积上的产量(kg／亩)。表2－9冬小麦需水系数与产量关系表2－10夏玉米需水系数与产量关系表2－11棉花需水系数与产量关系(二)灌溉用水量在灌溉设计年内，为保证作物各生育期需水要求，除该时段的降水供给水量外、尚有部分亏缺水量，需灌溉补给，这部分亏缺水量为净灌溉用水量。考虑各级输水损失及田间损失、要求水源提供的水量为毛灌溉水量．按式(2－5)计算。Mg＝0.667(E-Pe)A/η水式中Mg—毛灌溉水量(m3/亩)E—作物需水量(mm1；A—灌溉面积(亩)；η水—水利用系数，“管灌”＝0.8-0.95；Pe—有效降水量(mm)。Pe＝σP，σ为有效降雨系数，一般根据实测资料而定。规划时可根据一次降雨量大小取值，见表2-12。表2－12P-σ棉花需水系数与产量关系三、供需水量平衡分析与计算供需水量平衡分析与计算的目的在于：规划管道输水控制面积；确定作物种植结构及其种植比例；为合理开发利用水资源提供依据；确保在同一灌溉设计年内的供水量与需水量平衡，若出现需水量大于供水量时，应提出补源措施或调整灌溉面积和种植计划。例2-1某地平原井灌区拟采用低压管道输水灌溉、规划面积l0500亩，初步计划种植冬小麦8745亩，与夏玉米夏种8379亩，棉花1300亩，少量的瓜菜和工副业用水。试进行供需水量平衡分析与计算。解：1．可供开采地下水量计算根据当地水文气象及水文地质资料提供。该区地下水补给来源由降雨入渗、侧向补给、灌溉回归水入渗等三部分组成。(1)降雨入渗补给量W1当地实测37年降水资料、经分析取多年平均降雨量P＝603mm，降雨入渗系数α＝0.1、补给面积A＝2200×3700(m2)。W1＝0.001αPA＝490842m3(2)侧向补给量W2由当地水文地质资料中查得。该区范围内为砂质壤土，地下平均含水层厚度20m，层内渗透系数＝20m／d，周边主要承受南部边界地下水补给，北边界略有排除、东边界和西边界地下水坡降为0。由地下水等值线图分析确定补给区：南边长L1＝3700m，坡降J1＝0.004；西边长L2＝2200m．坡降J2＝0；东边长L3＝2200m，被降J3＝0；北边长L4＝3700m，坡降J4＝0.001。侧向补给量W2＝365Kh含（L1J1＋L2J2＋L3J3＋L4J4）＝1620600m3(3)田间灌溉回归水入渗量W3由当地灌溉试验提出，作物灌溉定额M＝200m3／亩．实测灌溉回归系数β=0.02．灌溉面积10500亩。W3＝βMA＝42000m3。该区地下水总补给量(开发利用量)W＝W1＋W2＋W3＝215.3442万m3。2．需水量计算(1)灌溉需水量根据当地灌溉试验资料选取作物各生育期作物需水量，设计年取中等干旱年即灌溉保证率75％时的作物阶段降水量。按降水有效利用系数σ0