低压管道输水灌溉工程的规划与设计

摘　要：本文叙述了低压管道输水灌溉工程的规划及设计方法，以便于在实际工作中能够更好的掌握与运用。

关键词：低压管道; 灌溉工程; 规划设计

一、管道规划

1、管道的布置形式

在一个低压管道输水灌溉系统中，管道布置形式以地下固定管道与地面移动管道所占的比例和平均密度不同，可区分为：固定式、半固定式、一级固定管道和移动式4种；以固定管道在平面上的几何图形特征来分，又可以区分为分支状管网（树状管网）和环状管网两种。

（1）固定式

亩均固定管道长度大于5m，移动管道或土垅沟长度小于50m。它建设投资高，但运行费较省。

（2）半固定式

亩均固定管道长度一般2—4m，移动管道长度大于100m。它建设投资较省，但运行费较高。

（3）一级固定管道

亩均固定管道长度一般2——4m，土垅沟长度大于100m。它投资较省，但效益较低。

（4）移动式

当输水管道均为移动管道时，称为移动式。它管道短，管件少，一般建设投资少，但运行费高。

（5）分支状管网（树状管网）

如果只有一条管道，或由一条管道连接数条管道组成呈分支状态的管网，统称为分支状管网。分支状管网工作时，水量只通过给水栓上游一侧管道输送。

（6）环状管网

若分支状管网的两端连接起来，形成环形闭合状态，则称为环状管网。环状管网在同时开启一个给水栓时，往往是所有的管道均发挥输水作用，这就是说，环状管网的水量至少由两条管道从两侧向给水栓输送。

两个条件完全相同的地块，按同一标准而置成两种不同的管网时，分支状管网管道总长度较短，但管径需要较大；环状管网总长度较长，但管径可以较小。

2、管道布置形式的选择

（1）单井出水量小，控制面积小，宜选用移动式。

（2）在经济条件较差的地区，宜选用半固定式。

（3）当经济条件较好，单井出水量较大，灌水时同时开启两个或两个以上的给水栓，并分别由两条或两条以上管道同时供水时，宜选用固定式，布置成分支状管网。

二、管道设计

1、管道的设计工作压力

管道的设计工作压力，即管道正常工作时首端最大的工作压力，它等于管道的沿程水头损失与局部水头损失之和，再加减管道首尾两端的高差。

管道的设计工作压力，是选择管材、管径、调压排气装置和井泵的依据之一，在平川地区，一般小于5m水柱高，通常为2—3m水柱高。

2、管材的选择

目前，用于低压输水灌溉的管材主要有薄壁，PVC塑料管、再生塑料管及地埋塑料软管。薄壁PVC管和再生塑料管强度高，抗渗性能好，搬运方便，施工简易。

地埋塑料软管，价格低廉，施工省工。但塑料软管必须在5—6m水柱的压力下滴水不漏。

3、管件选择

管件主要是给水栓、安全保护装置和连接装置。给水栓又分为固定给水栓和移动给水栓两种。移动给水栓由上栓体和下栓体两部分组成，上栓体一般一眼井只需要两个，浇地时临时套在下栓体上，连接移动管道，经济条件好，管道密度大，浇地启闭频繁，社会秩序好的地方，一般只用固定给水栓，否则，选用移动给水栓。

在管道运行中，为消减或避免突然开机停机与开关给水栓产生的水击，排除管道中的气体，需在管道首端设置安全保护装置。安全保护装置主要有：GD空气阀、调压排气阀和调压排气井。

GD空气阀主要由阀体、浮子阀、操作杆组成。其优点是造价低廉，缺点是不能有效地防止开泵时的水击和彻底排气。适用于强度较大的塑料输水管道。

调压排气阀由长方体的水箱与排气竖管两部分组成。与GD空气阀比，它可以较彻底的排气和消减开机的水击，缺点是造价较高，有一根长4——6m的竖管，适用于工作压力大于3m水柱的输水管道。

调压排气井由直径0.4—0.8m的混凝土管砌筑而成。它的优点是能够彻底的排气和消除水击；缺点是不宜修筑得过高。适用于工作压力小于3m水柱的混凝土输水管道、地埋塑实软管或其它强度较低的管材。

4、管道水力计算

管道水力计算是管道水头损失的计算，其目的是计算管道的设计工作压力。管道的水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失的两类。管道沿程水头损失的大小，与管道长度、内径、流量及管道的沿程阻力系数有关。由于低压输水灌溉管道均系长管，局部水头损失可按沿程水头损失的5%—10%进行估算。

5、管径设计

当设计流量和管道长度一定时，选择较小的管径，建设投资较省，但运行费用较高；相反，若选择较大管径，建设投资较高，但运行费用较省。把不同时间发生的投资和年运行费换算成折算年费用进行比较，不同管径的折算年费用曲线连接起来，必定有一个中间最小值。当管道设计流量、控制面积、管道规划布置等一定时，其效益是一定的，那么，折算年费用最小的方案即为最优方案。管径设计即设计与选择折算年费用最小的经济管径。

设计与选择经济管径，最少要假定三个相近的管径，分别求出它们的折算年费用，如果中间一个管径折算年费用最小，那么，它就是所求的经济管径。如果三个管径的折算年费用随着管径的递增而递增或递减，那么，还需要继续假定更小或更大的管径进行试算，直至求出中间最小值为止。

作者简介：朱晓红（1971--），女，陕西洋县人，洋县水利勘测设计队助理工程师, 研究方向：小型水利水电工程规划、设计。