管道输水灌溉技术目前已成为世界农业节水灌溉的一项关键技术。由于管道灌溉投资少,节水效益显著,近年来发展较快,每年新发展4万公里左右,至1998年底管道输水灌溉的面积已达520万公顷。其中以我国北方平原井灌区的管灌发展速度最快,现有井灌面积1133万公顷中,管道灌溉的面积为267万公顷,占1/3左右;渠灌区和河灌区的管道灌溉也有所发展,这些还远不适应农田灌溉的节水要求,因此,作为节水灌溉主要措施之一的管道输水灌溉技术具有广阔的发展前景。因井灌区的水源为机井,每眼机井控制面积不大,进入田间给水栓的工作压力一般只有0.003Mpa,管道的最大工作压力一般不超过0.2Mpa,
用这种管道中的低压来维持水的流动,因此,称为低压管道输水灌溉系统。但应该说明,渠灌区的管道灌溉是有别于井灌区的,如渠灌区的水源控制面积大、水量大、管道工作压力较高、技术条件和工程措施复杂等等。
一、管道输水的种类
渠道输水除了渠床渗漏之外,还有水面蒸发与渠床上杂草的蒸腾。而用管道输水则可基本避免这些输水损失。对于喷灌、滴灌和微灌要求高压输水(300~1200kPa),而对于地面灌溉可用低压输水管(小于200kPa)。
1、
高压输水管道
要求管道能承受较高的压力,这样对管材强度的要求较高,常用的有钢管、铸铁管、铝管、塑料管、预应力钢筋混凝土管和石棉水泥管等,要注意吸取过去采用玻璃管、素混凝土管、石管及一些不能承高压的管道的经验教训。高压输水管由于对承压要求高,造价就必然要高一些,如用于低压输水是不经济的。因此没有明确要在短期内改建为喷微灌的低压管道输水系统中不要选用可以承受高压的管道,以免积压资金。
2.低压输水管道
低压管输水灌溉(简称低压管灌)是以低压管道代替明渠输水输水灌溉的一种工程形式。由于承压要求低,就可采用专门的低压管,单位造价即可大大降低。这主要用于地面灌溉的输水系统,在美国现在中小渠道基本都被低压管道所取代。我国前几年从“小白龙”(即薄膜塑料管)开始,以后逐步改进成为一个专门技术措施——“管灌”,即用低压管道输水的地面灌溉.据1993年不完全统计,全国已有超过333万公顷灌区采用低压管道输水灌溉,可比土渠省水40%,少占地1.5—3.5%,而且亩投资较低,因此在无力发展喷灌和微灌的地方,采用管灌是一个方向,在井灌区,应逐步用低压管来代替所有的中小型渠道。也可以取得很显著的节水效果。在渠灌区,如果渠系配套完整仍以采用防渗措施节水为宜,如果地形有一定坡度,且渠系配套不完整,则应考虑直接采用输水管道进行配套。但是在非常平坦的自流灌区要采用管道输水则应慎重斟酌。目前有些地方,管灌只用管道将水送至地头没有直接送入灌水沟,田间还得布置输水沟,为了进一步节水,就应当生产闸门孔管,使得从水源直到进入灌溉沟(或畦),水都在管内流动。
采用低压管道输水,可以大大减少输水过程中的渗漏和蒸发损失,使输水效率达95%以上,比土渠、砌石渠道、混凝土板衬砌渠道分别多节水约30%、15%和7%。对于井灌区,由于减少了水的输送损失,使从井中抽取的水量大大减少,因而可减少能耗25%以上。另外,以管代渠,可以减少输水渠道占地,使土地利用率提高2%~3%,且具有管理方便、输水速度快、省工省时、便于机耕和养护等许多优点。因此,对于地下水资源严重超采的北方地区,井灌区应大力推行低压管道输水技术,特别是新建井灌区,要力争实现输水管道化。由于低压管道输水灌溉技术的一次性投资较低(与喷灌和微灌相比),要求设备简单,管理方便,农民易于掌握,故特别适合我国农村当前的经济状况和土地经营管理模式,深受广大农民的欢迎。
二、低压管道系统的组成
1.水源与取水工程部分。水源由机井提取,也可以用河、湖、库等清水作为水源。取水工程部分主要是水泵、动力机械及其配套设备,井灌区取水工程最重要的是井位的合理确定。
2.输配水管网系统。输配水管网系统是管灌系统通水设施的组成部分,由直管、异型管、接头及附属设施连接而成。根据需要管网可由主管、干管、支管多级或单级管道组成。按管网形状可分为树状环网和环状网,树状网只有分流而无汇流,水流从“树干”流向“树枝”。环状网是管道连接成闭合的环状,水流可作正逆方向的流动;按固定的方式可分为移动式、半固定式和固定式,目前井灌区的低压管网系统一般都以此区分。主要由以下几部分组成:
(1)首部取水枢纽。主要包括水泵、动力机及其配套设备。
(2)输配水管网。一般采用固定地埋管方式。目前应用较多的管材有混凝土管、石棉水泥管、PE管及PVC管。
(3)田间灌水系统。一是采用田间固定或移动的管网,采用退水管法浇地,二是采用田间明渠输水沟灌水,在田间进行畦灌、沟灌等地面灌水方法。
(4)分水给水装置。在各级管道之间设置分水井、配水闸门等;在竖管出口处设置田间配水的出水口。
3、管网中的附属设施。如分水装置、保护装置、量测装置和泄水装置,起着分水、调压与保护管道安全的作用。即在特殊部位设置排气和调压阀等安全保水装置、水表及防冻和冲淤用的冲砂闸和泄水口等。
4、田间工程。田间工程是指给水栓(田间的出水口)以下的部分,包括与田间配套的节水工程,如:地面闸管系统、小畦灌溉、涌流灌溉、
管灌和田间的膜上灌相结合灌溉系统、利用管道余压的喷灌系统等节水灌溉设施。
三、管灌系统的类型
1、固定式。是指管道输水系统全部埋入地下耕作层和冻土层以下,
机泵、分水池和放水池等都是固定的。将水从水源输送至毛渠(
或进入田间节水灌溉系统),然后进入田间灌溉。
2、地面移动式。所有的设备都可以移动的,常用单级软管输水,软管与水泵的出水口相连,沿作物的种植方向铺开。软管工作压力100
千帕~
400千帕、长度约为200米。如果出水量大于50m3/h时,可用二级软管配套,主管同时带几条浇水管。这种形式投资低,但使用寿命短,高秆作物后期软管进地有困难。
3、半固定式。机泵和地下输水管网、闸阀等是固定的,而地面采用移动软管。其固定管道的工作压力为50千帕~100千帕,在地下支管上每隔30
米~50米设一个给水栓,把移动软管接在给水栓上,移动软管流出的水进入田间。
四、
低压管道输水灌溉系统规划设计要点
管道布置应遵循以下原则:
1、先确定水栓的位置,尽量保证各级管道垂直布置,力求管线最短。
2、尽量利用地形落差实施自动输水。
3、最末一级固定管道走向应与作物种植方向一致,尽量减少起伏折点,以利于田间管理和耕作。
五、低压管道输水灌溉系统材料及水泵的选择
1、管材。一般采用经济流速法,根据不同管材确定适宜流速和管径,若管材价格低、动力价格高时,经济流速选小值,反之选大值。
2、水泵的选配。对于抽水站或机井、水泵扬程可按照下列公式计算:(单位:m)
水泵所需扬程=管道首部所需提供的供水水头+机井动水位或抽水站水源的水位+水泵的沿程和局部水头损失之和