張根榮 高本虎 孫新忠

渠灌區(qū)管道輸水灌溉工程建設(shè)與運(yùn)用

張根榮1高本虎2孫新忠3

(1.山西禹門(mén)口黃河提水工程管理局 山西稷山 043200；2. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 北京 100048；3.運(yùn)城市水利科學(xué)研究所 山西運(yùn)城)

本文介紹了渠灌區(qū)自壓管道輸水灌溉示范工程情況，提出了渠灌區(qū)管道輸水灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與形式，介紹了示范工程建設(shè)和應(yīng)用情況。

渠灌區(qū) 管道輸水灌溉 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 建設(shè)與應(yīng)用

1 項(xiàng)目區(qū)選擇

用管道代替明渠輸水進(jìn)行灌溉，具有節(jié)水、節(jié)地、省工、省時(shí)、省電，灌水及時(shí)，地形適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)在我國(guó)井灌區(qū)得到了較大面積的推廣應(yīng)用，而渠灌區(qū)管灌較井灌區(qū)要復(fù)雜得多，故渠灌區(qū)發(fā)展自壓管道輸水灌溉工程仍處于試驗(yàn)示范階段。為在我國(guó)灌區(qū)節(jié)水改造中或條件合適的灌區(qū)推廣應(yīng)用管道輸水灌溉技術(shù)提供技術(shù)支撐并進(jìn)行示范，在對(duì)甘肅、河北、廣西、山西等地現(xiàn)場(chǎng)考察的基礎(chǔ)上，在山西禹門(mén)口引黃灌區(qū)選擇了萬(wàn)畝試區(qū)進(jìn)行渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)試驗(yàn)示范項(xiàng)目建設(shè)。

山西禹門(mén)口黃河提水工程屬大Ⅰ型水利工程，設(shè)計(jì)提水規(guī)模26m3/s。提水泵站站基屬巖石構(gòu)造，取水口位于彎道環(huán)流處，主流穩(wěn)定，永不脫流，水量充裕。一級(jí)泵站前閘設(shè)置導(dǎo)冰排、攔污柵和疊梁門(mén)，只取用含沙量較少的黃河表層水。一級(jí)泵站后的沉沙池是引黃工程中首次采用的平流加斜板沉沙結(jié)構(gòu)，不加藥不用電，沉沙效果即可達(dá)75%。經(jīng)一級(jí)、二級(jí)泵站兩級(jí)提水（總揚(yáng)程120m）后，黃河水可沿渠道自流至河津、稷山、新絳等大部分地區(qū)。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積3.32萬(wàn)hm2，現(xiàn)階段已完工程控制灌溉面積達(dá)到2萬(wàn)hm2，灌區(qū)涉及河津、稷山、新絳三縣（市）13個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），273個(gè)自然村，總?cè)丝?5.96萬(wàn)人。

本自壓管道輸水灌溉示范區(qū)選在禹門(mén)口二級(jí)干渠約42km處南側(cè)，該區(qū)東西平闊，寬約2km；北高南低，長(zhǎng)約4.5km；與引黃二級(jí)干渠渠底高差約5～45m，可利用高差實(shí)施自流、自壓灌溉。該區(qū)南距縣城約4km，東接侯禹高速公路出口，北有縣級(jí)管化公路，交通便捷，管理方便，亦便于宣傳示范。

示范區(qū)規(guī)劃面積約700hm2，作物均為棗糧間作。根據(jù)本項(xiàng)目區(qū)作物類型以及所擬定的節(jié)水灌溉制度，經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目建成后項(xiàng)目區(qū)總灌溉需水量為283.5萬(wàn)m3。示范區(qū)的灌溉用水自二級(jí)干渠約41km處自流取水，該處干渠設(shè)計(jì)過(guò)水流量8.1m3/s，水位471.35m。本項(xiàng)目區(qū)的設(shè)計(jì)取水流量0.8m3/s，區(qū)內(nèi)地形落差達(dá)70m。經(jīng)水土平衡分析和管道輸水能力計(jì)算，禹門(mén)口二級(jí)干渠的來(lái)水完全能滿足本項(xiàng)目區(qū)的農(nóng)田自壓管道輸水灌溉要求。

2 自壓管道輸配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

管道輸配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式可分為開(kāi)敞式、半封閉式、封閉式等，本示范工程的自壓管道輸配水系統(tǒng)采用的是開(kāi)敞式和半封閉式，即輸水干管采用開(kāi)敞式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，輸配水支管采用半封閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.1開(kāi)敞式管道輸水系統(tǒng)

所謂開(kāi)敞式是指在管道沿線設(shè)置具有自由水面的調(diào)壓（減壓）井或分水井以消減管道壓力，在井內(nèi)設(shè)閘閥用以調(diào)節(jié)管道流量和壓力[1]。當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)輸配水時(shí)，如管道來(lái)水量多于灌溉取水量，多余的水則從調(diào)壓（減壓）井或分水井上設(shè)置的溢流口、排水管中排走(見(jiàn)圖1)。開(kāi)敞式管道輸水系統(tǒng)管網(wǎng)布置形式一般為低壓的樹(shù)狀管網(wǎng)。

圖1 開(kāi)敞式管道輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)

半封閉式是指在管道沿線設(shè)置具有自由水面的分水減壓池，在池內(nèi)設(shè)置浮子閥用以調(diào)節(jié)灌溉用水和管道來(lái)水（見(jiàn)圖2）。

圖2 半封閉式管道輸配水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)工作原理如下：灌溉用水時(shí)，開(kāi)啟管道系統(tǒng)進(jìn)水閘的閘門(mén)，則水流通過(guò)管道進(jìn)入分水減壓池，隨著池內(nèi)水位上升，浮子閥隨之開(kāi)始上升。當(dāng)浮球升起到某一位置后，通過(guò)軸套處轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的帶動(dòng)，封蓋下降，封閉管道的進(jìn)水口，管道內(nèi)水流停止流動(dòng)。當(dāng)下游灌溉用水時(shí)，開(kāi)啟田間給水栓，水從減壓池流出進(jìn)行灌溉，池內(nèi)水位下降，浮球隨之下降，封蓋打開(kāi)，管道進(jìn)水口開(kāi)始進(jìn)水。給水栓的出水量和管道的進(jìn)水量通過(guò)浮子的調(diào)節(jié)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，水源源不斷地自水源輸送到田間進(jìn)行灌溉，從而實(shí)現(xiàn)了根據(jù)灌溉要求的水量進(jìn)行自動(dòng)取水灌溉的目的。

半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)具有開(kāi)敞式的沿管線設(shè)置分水減壓井以降低管道工作壓力的好處，又具有封閉式的可根據(jù)灌溉用水需求隨時(shí)開(kāi)啟給水栓取水灌溉的優(yōu)點(diǎn)。

半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)置于本示范區(qū)總干4支管道上，是我國(guó)首次在實(shí)際工程中的應(yīng)用。浮子閥的結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)支管引水流量、分水池大小、控制管理和灌溉面積等要求設(shè)計(jì)確定。經(jīng)通水運(yùn)行，證明起結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)合理。

3 示范工程建設(shè)內(nèi)容

在選定的示范區(qū)內(nèi)，規(guī)劃發(fā)展管灌面積653.3hm2，小管出流灌溉面積13.3hm2。水源自禹門(mén)口黃河提水二級(jí)干渠41+200樁號(hào)處引水，經(jīng)分水閘流入沉砂池沉砂后進(jìn)入管網(wǎng)，在各支管末端均設(shè)有排水排沙設(shè)施。

工程建筑物有：干渠節(jié)制閘一座，分水閘一座；管理房一座；引渠26m，引渠上設(shè)置水量測(cè)量裝置一套，150m3沉沙池一座；各種規(guī)格尺寸的分水調(diào)壓井14座，浮子閥分水減壓池一座；出水或排沙口201個(gè)；跨溝倒虹吸2座；管道泥沙輸送觀測(cè)設(shè)施一座。

管網(wǎng)形式采用樹(shù)狀網(wǎng)，系統(tǒng)設(shè)總干管、分干管及支管三級(jí)管道。整個(gè)示范區(qū)設(shè)總干管1條，長(zhǎng)795m；東、西分干管2條共5215m；支管14條，總長(zhǎng)9375m。

根據(jù)設(shè)計(jì)流量及地形情況，總干管、分干管選用加筋混凝土管，鋼筋根據(jù)管材的抗內(nèi)壓和抗裂能力計(jì)算確定；支管則選用聚氯乙烯塑料管。經(jīng)水力計(jì)算，干管選用直徑700mm，分干管直徑600mm，支管直徑250mm～315mm。

4 工程應(yīng)用與結(jié)論

目前，我國(guó)渠灌區(qū)自壓管道輸水灌溉尚處于探索發(fā)展階段，為積累渠灌區(qū)發(fā)展自壓管道輸水灌溉工程經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、稷山縣水利局和山西禹門(mén)口黃河提水工程管理局在禹門(mén)口灌區(qū)進(jìn)行了管道輸水灌溉示范工程建設(shè)，現(xiàn)已建成自壓管道輸水灌溉工程面積約334hm2。

試驗(yàn)示范工程自2010年建成以來(lái)運(yùn)行良好，采用管道輸水灌溉，節(jié)水省時(shí)，深受當(dāng)?shù)剞r(nóng)民歡迎。通過(guò)對(duì)各開(kāi)敞式分水調(diào)壓井的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)，得到了管道進(jìn)水較平穩(wěn)、摻氣量較少的分水調(diào)壓井的規(guī)格尺寸。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用的浮子閥的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，表明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，浮子閥能按田間灌溉用水要求自動(dòng)啟閉，可避免在配送過(guò)程中的水量損失。本示范工程的建設(shè)和運(yùn)用，取得了渠灌區(qū)自壓管道輸水灌溉從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管材選型、施工到運(yùn)行管理的一整套工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

通過(guò)示范工程建設(shè)與應(yīng)用，可得如下結(jié)論：

（1）渠灌區(qū)自壓管網(wǎng)系統(tǒng)的主干管采用開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)型式，可使用低壓輸水管材，能顯著降低管道建設(shè)費(fèi)用。

（2）以浮子閥為特征的半封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)首次得到了成功應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)形式可按需取水，有利于節(jié)水和灌溉用水自動(dòng)化管理，是應(yīng)該大力推廣的管道輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，但浮子閥的設(shè)計(jì)制造急需系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化，以滿足渠灌區(qū)半封閉式管道輸水灌溉工程建設(shè)之需。目前，宜先在支管采用半封閉式結(jié)構(gòu)模式，待大規(guī)格浮子閥的制造定型化之后，再在干管上應(yīng)用。

（3）引黃灌區(qū)可采用自壓管道輸水灌溉系統(tǒng)模式，但需注意排水排沙設(shè)施的配套建設(shè)。

（4）鑒于目前渠灌區(qū)管灌還無(wú)規(guī)范可依，建議進(jìn)一步總結(jié)渠灌區(qū)管灌工程經(jīng)驗(yàn)，制定渠灌區(qū)管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范，規(guī)定開(kāi)敞式、半封閉式和封閉式管道輸水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用模式，使渠灌區(qū)管灌工程建設(shè)規(guī)范化。

1 趙華，高本虎，陸文紅. 渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)試驗(yàn)研究[J]，節(jié)水灌溉1999.2:23-25.

2 高本虎. 渠灌區(qū)開(kāi)敞式管道輸水灌溉系統(tǒng)探討[J]，節(jié)水灌溉1998.4:12-14.

TV672

B

1672-2469(2014)06-0011-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.004

張根榮，（1962年—），高級(jí)政工師。

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目：灌區(qū)管道輸配水及灌溉技術(shù)集成研究，項(xiàng)目編號(hào)：201001038