李 维

(陕西省地下水管理监测局，陕西西安 710003)

农发中灌项目农田管网配套设计方案探讨

李 维

(陕西省地下水管理监测局，陕西西安 710003)

农业综合开发是我国农业和农村经济工作的一个重要组成部分。做好灌区农田管网输水管道的配套设计，保证工程质量，提高农发中灌项目对合理控制输配水、降低灌溉用时等方面的管理，同时促进农业高产稳产、农业增产、农民增收、确保粮食生产安全、农村经济社会可持续发展。

农业中灌项目;农田管网;设计探讨

农业综合开发中型灌区节水配套改造项目(以下简称农发中灌项目)，自项目实施以来，保护、支持了农业发展，改善了农业生产基本条件，优化了农业和农村经济结构，提高了农业综合生产能力和综合效益。极大改善了灌区农业生产条件，为当地农业产业结构调整和农村经济发展提供了强有力的基础保障，保证了粮食生产安全，推动了农村各项经济工作的稳步发展，成为区域经济发展的重要支柱。中型灌区灌溉面积占陕西省灌溉面积的35%以上，灌区农业经济产值和农民人均纯收入远高出区域平均值，且所占比重较大，其地位和作用更是不可忽视的。

中型灌区普遍存在着工程设施老化失修、供水能力下降、灌溉效益衰减等严重问题，与农业生产的新形势、新要求很不适应，已成为制约灌区农业综合生产能力的提高和农村经济发展的主要因素和瓶颈。为改善农业生产条件，提高农田抗御旱涝灾害的能力，特别是粮食综合生产能力，促进农业及农村经济社会可持续发展，节水配套改造，全面改善中型灌区基础设施条件，提升中型灌区灌溉管理水平。本文对农发中灌项目实施中的农田管网配套工程设计进行探讨。

1 农田管网配套设计

管道灌溉是以管道输水进行地面灌溉的一种节水灌溉方式，是目前世界上农业节水最普及的一项灌溉技术。由于管道系统工作压力一般较低，故称低压管道输水灌溉，简称管道灌溉。由机泵、地下输水管道和出水栓(给水栓)一般是固定的，而地面可接移动式软管，灌水时通过埋设于地下的固定管道将水输送到控制一定灌溉面积的出水栓，再由出水栓或移动软管送入沟、畦进行灌溉，是目前节水灌溉的主要形式。管道设计包括:(1)设计参数确定、(2)系统工作制度确定(3)管网设计(4)管道设计(6)管网配套设施确定(6)管道施工。

1.1 工程设计标准

1)灌溉设计保证率

根据水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素确定，陕西省关中地区取不低于75%。

2)灌溉水利系数

低压暗管输水灌溉工程的灌溉水有效利用系数不小于0.85，管道水利用系数设计值取0.97，田间水利用系数设计值取 0.90。

3)其他有关技术参数

土壤计划湿润层厚度:计划湿润层深度大田作物取0.5 m;设计日工作小时数不大于20小时。

1.2 管道灌溉工程设计

管道灌溉是以管道输水进行地面灌溉的一种节水灌溉方式，由于管道系统工作压力一般较低，故称低压管道输水灌溉，简称管道灌溉。由机泵、地下输水管道和出水栓(给水栓)一般是固定的，而地面可接移动式软管，灌水时通过埋设于地下的固定管道将水输送到控制一定灌溉面积的出水栓，再由出水栓或移动软管送入沟、畦进行灌溉，是目前节水灌溉的主要形式。

1.2.1 设计参数的确定

1)基本参数

根据灌溉区种植作物的灌溉经验，基本参数确定如下:设计湿润层深度:h=60cm;作物日耗水强度:Ea=9.0mm/d(以玉米为主);灌溉水利用系数:η=0.90;设计每日灌水时间:t=16h。

2)设计灌水定额

设计灌水定额计算公式:

m=1000γhβ 田(β1－β2)/η

式中:m:设计灌水定额，mm或m3/亩;γ:土壤容重，γ=1.35 g/cm3;h:计划湿润层深度，h=60 cm;β1，β2:适宜土壤含水量上、下限，β1=95%β田，β2=60%β田，η:灌溉水利用系数，取0.90。

经计算:m=73.71 mm 折合 49.16 m3/亩

3)设计灌水周期

设计灌水周期:T=mη/Ea

式中:T:设计灌水周期，d;Ea:作物耗水期的日平均耗水量，mm/d;m，η:同前。则灌水周期 T=7.37(d)，取 T=7d。

4)灌溉设计流量

以广济镇南镇村为例，灌溉设计流量按下式计算:

Q设=0.667 mA/(ηTt)

式中:Q设:管灌系统灌溉设计流量，m3/h;A:系统设计总面积，500 亩;t:每天灌溉时间，取 20h;T，η，m:同前。

经计算:灌溉设计流量Q设为195.1 m3/h。

5)系统工作制度

为了降低工程投资，提高管道利用率，系统采用轮灌制度。出水栓设计出水量50 m3/h，每次灌溉时，4个出水栓同时工作。

1.3 管网设计

1.3.1 管网设计布置原则

充分利用原有的灌溉设备，合理布局，统一管理;管网布置应与道路规划结合，主干、支管沿道路布置;依据地形、地块、道路等情况布置管道系统，要求管道系统线路最短，控制面积最大，便于机耕，管道尽可能双向分水;总体布置要使系统运行可靠、经济、合理，使投资尽可能小。考虑节水灌溉技术的长远发展、作物种植结构的调整和灌溉方式的变化。

管道布设采用树状管网，出水栓间距50米左右。实际施工时，可根据地块实际长度适当调整。管道级数采用干管(输水)，支管(配水)两级固定管道，支管走向基本平行于作物种植行，支管间距100～150 m。管道连接采用热承插涂粘合剂法，井部接近管道进口处设进排气阀，各级管道进口设置安全控制阀，在离水源较远的出水栓末端设置排水井。

(1)管路附件管道中的三通、弯头等附件应选用与管材相配套的管件，出水栓为标准铸钢定型件。

(2)出水栓保护设施

出水栓护桩为现浇砼件配套消力池为预制混凝土构件。

(3)管沟开挖以不影响地面耕作，根据冻土层厚度为依据，管沟深100 cm，宽60 cm左右。

1.3.2 管道系统设计

1)管材及管件选择。管材是低压管道输水灌溉系统的重要组成部分，直接影响到灌溉工程的质量和造价，因此，根据质量保证、经济耐用、便于运输和施工安装等条件，干管、支管采用硬质UPVC塑料管，设计工作压力1.0Mpa。其它各种管件则采用塑料厂家相应的定型配套产品。

2)干管、支管管径设计。干、支管管径采用经济流速法计算:

式中:D:干、支管管径，mm;Q:设计单井出水量，m3/h;v:UPVC 塑料管经济流速，一般为1 －1.5 m/s，计算取1.5 m/s。

经计算，主干管取管径Φ160 mm的UPVC塑料管;支管取管径Φ110 mm的UPVC塑料管。

1.3.3 管网水力计算

1)沿程水头损失，按下式计算:

式中:hf—沿程水头损失，m;f为管材磨阻系数;Q为管内流量，m3/h;L为管长，m;D为管道内径，mm;M为流量指数;B为管径指数;

2)局部水头损失，按下式计算:

式中:hj为局部水头损失，m;Ζ为局部损失系数;V为管内流速，m/s;G为重力加速度;

3)管网总水头损失，按下式计算:

式中:h总为管网总水头损失，m;Hf为沿程水头损失，m;Hj为局部水头损失，m;

一般硬UPVC管的f、m、b值详见下表1。

表1 硬UPVC管的f、m、b数值

项目区各管网系统设计流量Q已定，干支管均为同一管材，型号和规格亦相同，代入上式，计算管网总水头损失。

表2 最不利管网水力计算表

根据以上管道水力计算结果，以最不利点支管末端所需作用水头24.07 m和地形落差作为水泵供水净扬程，确定水泵型号。

1.3.4 管网配套设施

(1)阀井。设计在各控制阀处设阀门井，支管和分干管末梢设泄水阀。闸阀井、排水井采用圆形收口式砖砌结构，24墙，口径600 mm，闸阀井深1.2 m，排水井深2m，底部直径1 m，井底干铺一层砖，井盖为D65铸铁井盖。

(2)管道镇墩、给水栓镇墩。为了防止水流方向和温度变形等原因产生的推拉力，在管道转弯、三通、闸阀处设0.50×0.50×0.50 m镇墩，砼标号为C20。在支管竖管处设置给水栓镇墩。给水栓镇墩采用C20混凝土现浇，在管道管件、给水栓安装完毕后，经打压试验无漏水现象，再安装模板、浇注。

1.4 管道施工

1.4.1 施工准备

(1)依据设计要求，考察、抽检选定材料的物理力学性能指标及合格率，确定供货方，然后组织材料运输和储存。

(2)清理施工现场，检查备料情况。组织施工人员，熟悉设计内容，作出分片施工配合、协调计划。

1.4.2 放线及开挖管沟

(1)按设计中的放线基线，确定出干、支管位置，加打木桩并用白灰画出管道中线。

(2)分组开挖管沟，管沟沿白灰画出的管道中线，开挖成下口宽0.4 m、深0.8 m、上口宽不小于0.6 m的梯形槽。挖土对方于管沟一侧，距管沟边不小于0.3 m。

(3)修整管沟时，按设计坡降，整平管沟侧、底。超挖或回填部分，必须夯实填平。干管管沟可顺地势自然坡降挖槽，支管管沟必须按设计坡降开挖，以便管内积水、积砂的排除。

(4)管沟平整并检查合格后，方可敷设管道。

1.4.3 管道安装

(1)按管道编号，将干、支管顺管沟未堆土的一侧一字排开，管材插口置于上游，称插口置于下游，并按标定的地点摆放三通、弯头、闸阀等管件。

(2)组织安装人员进行由供货方或厂方技术人员现场指导的短期安装培训后，分组开始全面管道安装施工。

1.4.4 管道试水

(1)管道敷设完毕后，在避开接口处每隔10 m左右回填以小土堆固定管道，然后连接好点、泵、管道等系统，试水加压1小时，若满足要求，方可进行下道工序。

(2)若发现连接处漏水，宜锯开结头重新安装。

1.4.5 建筑物修建及管沟回填

(1)管网试水结束后，开始修建闸阀井、给水桩、泄水井(桩)。

(2)在修建建筑物同时，可同时回填管沟。管沟回填应分层进行，每层填土厚不宜超过15cm，并逐层夯实。以上施工管理严格按照《低压管道输水工程技术规范》(井灌部分)SL/T153—95有关章节执行。

2 结语

在农发中灌项目农田管网的设计及施工中，既要立足于社会主义新农村建设和全面建设小康社会的要求，又要充分结合当地田块实际，现场踏勘，农田管网配套设计及施工，坚持用先进的科学技术和现代设施来改造农田水利工程，以节水增效为中心，减少水资源浪费，增加有效供水能力为重点，以防渗衬砌、提高输水能力和输水安全为主要措施，不断提高灌溉水利用效率和效益，促进节约用水和水资源可持续利用，提高灌溉保证率，为灌区农业生产提供优质高效服务。灌溉输水管道化基本实现合理控制输配水、减少耕地占用、降低灌溉用时的目的，且效益高、适用性强，是农业灌溉节水的主要措施。

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1004－1184(2013)05－0140－04

2013-06-25

李维(1985-)，男，陕西咸阳人，助理工程师，主要从事地下水管理和保护工作。