丘陵山区管道灌溉工程规划设计技术

1　前言
管道灌溉系统一般由输水系统和配水系统组成，其输水系统一般采用塑料管道（PVC）、铸铁管、钢筋砼管或者其他硬管材；配水系统一般采用PVC硬管材，另外还辅助以给水栓及移动锦塑软管等田件配套设施。它具有设计简便、易于掌握、投资少、施工简单、管理方便、单次灌溉时间短、节省水量等优点，因而在缺水山区被广泛采用。作者结合在丘陵山区农村从事节水灌溉工作的机会，参与了鲁中南11个县（市、区）兴建的209处小型管道灌溉工程的规划设计与施工等工作，发展节水灌溉面积15445亩，有些工程已运行了12年之久，目前仍正常运行。
在丘陵山区，管道灌溉工程一般以井水、塘坝水及河道水为水源，主要为提水灌溉工程，需要动力，需要支付能耗费和机电设备维修费，因而其建设投资比自流灌溉工程高。因此在选择灌溉作物时应以果树、蔬菜等经济作物为主，以取得较好的经济效益。
2　灌溉面积的确定
在丘陵山区，由于水源水量不是很充分，因而单项工程灌溉面积的选择不易过大。据我们的实践经验，对一般的小型管道灌溉工程，单处工程灌溉面积一般以小于300亩为宜，多数在100～150亩之间较为合适。因此，在确定灌溉面积时要充分考虑到水源的出水量、投资的承受能力及灌溉作物在灌溉期的需水强度等因素的影响，可按下式计算：
A=Q×T×t日/w毛 （1）
式中　A——灌溉面积（亩）；
Q——水泵出水量（m3/h）；
T——设计灌水周期（d）；
t日——系统日工作时数（h）；
w毛——毛灌水定额（m3/亩）。
按（1）式确定的灌溉面积，还需要用水源的实际出水量进行校核，可按（2）式进行：
A×I≤Q水×T年×24 （2）
式中　A——按（1）式确定的灌溉面积（亩）；
I——灌溉作物的灌溉定额（m3/亩）；
Q水——水源的实际出水量（m3/h）；
T年——每年灌溉的时间，一般为40～50d。
对于（2）式而言，如果成立，则说明确定的灌溉面积正确；反之，则需更换水泵，重新计算灌溉面积。
3　管道灌溉工程管网系统设计
3.1　灌溉系统工作制度的确定
在进行总体规划时，为节省投资，灌溉系统的工作制度一般确定为轮灌。轮灌系统需根据作物布局、管理要求、灌区各片高差、所需流量等划分轮灌组，并用表格的形式给出各轮灌组所控制的管段编号。
在管道灌溉工程中，作物的毛灌水定额采用下式计算：
W毛=W/η水 （3）
式中　W毛——作物的毛灌水定额（m3/亩）；
W——作物的净灌水定额（m3/亩）；
η水——系统水利用系数。
对于管道灌溉系统，需对其单次灌水时间进行计算，然后再计算轮灌组数并合理划分轮灌组。其一次灌水时间可用下式计算：
t次=W毛×A0/q0 （4）
式中　t次——一次灌水的延续时间（h）；
A0——单口控制面积（亩），可按单个给水栓控制的面积计算；
q0——单口流量（m3/h），按单个给水栓的流量计算。
其余符号同前。
根据一次灌水延续时间，可按下式计算轮灌组数。
N≤int[t日×T/t次] （5）
式中　N——系统总的轮灌组数（个）；
t日——系统日运行时数，一般取14-18h；
int[ ]——取整数符号。
其余符号同前。
为了便于管网系统水力计算，在确定了轮灌组之后，可对轮灌组进行编号，标出每一轮灌组所控制的管段号及流量值，为管网水力计算提供依据。
对于水源流量已定的管道输水灌溉系统，需根据取水流量大小确定同时工作的出流口数。据我们的实践经验，在山丘区管道灌溉系统中，管道系统单个给水栓流量一般以4～10ｌ/ｓ，同时工作的出流口应在扬程相近的区域，亦即同一轮灌组的出流口高差不宜过大，可分布于各支管的相应位置上。一般情况下不按支管划分轮灌组。
3.2　管道灌溉系统管网流量计算
灌溉系统流量计算，一般可采取下列计算步骤与方法。
（1）首先绘制管网平面布置图和水力计算草图（示意图）。
（2）管网流量与年工作时数的计算
在设计时，可从末级管道开始按不同轮灌组分别推算各段流量及相应年工作时间。对于控制多个轮灌组的管段，需计算出平均流量和年总运行时数。对于末级管道流量，可按下式计算：
Q段=W毛×A末/T次 （6）
式中　Q段——计算管段流量（m3/h）；
A末——末级管道的控制面积（亩）；
T次——末级管道的一次灌水延续时间（h），T次=T×t日/N；
T——灌水周期，N—轮灌组数，t日—日运行时数。
其它管道流量按其所控制的轮灌组数分别自末级向管网首部逐级推算。
各级管道的年工作时数按其所控制的轮灌组数，分别自末级管道向水源逐级推算，可只计算多年平均（或50%年份）值。
在计算管网流量与年运行时数时，对于单口出流的管道系统，由于所有管段流量一致，可不分轮灌组，只列年运行时数。对于全续灌系统，因年运行时数各段一致，可只列流量。
3.3　管道灌溉工程水泵取水流量与年运行时间的计算
水泵取水流量一般等于管网进口流量。其平均、最大、最小值即为选泵的依据、管网进口流量可按下式计算：
Q网=∑（Wi毛×Ai）/（T×t日） （7）
式中　Wi毛、Ai——第i种作物的毛灌水定额和灌溉面积（m3/亩、亩）；
Q网——管网进口流量（m3/h）；
t日——系统日运行时数；同式（5）的取值；
T——灌水周期（d）。
水泵年运行时间一般等于管进口段的年运行时间。
3.4　管道灌溉系统年取水量计算
对于管道灌溉系统，一般需计算出75%水文年份及多年平均（或50%年份）的年取水量。可按下式计算：
（8）
式中　W年——灌溉系统年取水量（m3）；
A——灌溉系统综合灌溉面积（亩）；
M——综合灌溉定额（m3/亩）。
其余符号意义同前。