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【摘 要】对于地形高差起伏较大，小流量、水质较好的小型灌区，低压管道输水灌溉有较大优势。本文通过近年低压管道输水在重庆荣昌某地区小型农田水利工程中的实际应用，从管网布置、设备选型、效益等方面进行一个系统介绍。有利于低压管道在该地区的推广，提高灌溉水利用系数，缓解供需用水矛盾，提高农业生产水利设施条件、改善农业生态环境，实现农业灌溉效益最大化。
【关键词】小流量；低压管道；提水泵站；效益
1项目区概况
古昌提水灌区工程位于荣昌县西北部，总灌溉面积2500亩。当地作物主要以水稻、玉米、红苕、蔬菜等为主，根据《荣昌县2012年农村集体经济综合统计年报》项目区目前田土比约为77：23，复种指数为1.60，灌区设计保证率75%。灌区取水水源为濑溪河，渠首为竖井式提水泵站，配置一条输水干管和2条支管，程树形结构，干管全长2.8km，一支管0.5km，二支管0.8km，由南向北布置，途经周家院子、新拱桥、胡家坡，最后进入刘家大冲。
2低压管道输水灌溉设计
根据P=75%灌区的用水过程，考虑作物的品种、灌水条件、灌区规模与水源条件及作物收割期等因素，初选作物的灌水起始时间、延续时间、灌水定额，按以下公式计算出各种作物播前灌及生育期内各次灌水的灌水率，并根据每次灌水延续时间，绘制并修正各种作物的灌水率过程线。
q=am/（X×3600T）
q——灌水率，单位：m3/（s*亩）；
a——作物种植比例；
X——每日灌溉小时数，对于自流灌溉，取X=24，对于抽水灌溉，取X=20～22；
m——灌水定额，单位：m3/（亩）；
T——灌水延续时间，单位：d
同时期各种作物灌水率相加，绘制年度初步灌水率图。然后对初步灌水率图进行修正，使之各次灌水率比较均匀，避免经常缺水。修正原则是提前或推迟灌水日期不得超过3d，延长或缩短灌水时间与原定时间相差不超过20%，灌水定额调整值不超过原定额的10%，同一种作物不得连续两次减小灌水定额，以累计30d以上的最大灌水率为设计灌水率，短期峰值不超过设计灌水率的120%。经过修正后得灌区设计灌水率为0.42m3/（s*万亩）。
2.1设计流量的确定
渠首流量按下式计算：
Q=qA/η
η=ηsηf
其中：Q——渠（管）道设计流量（m3/s） q——设计灌水率（m3/s*万亩）A——渠道控制灌溉面积（亩） η——灌溉水利用系数
ηs——管道水利用系数，0.97 ηf——田间水利用系数，0.92
经计算，该灌片设计流量0.12m3/s（424 m3/h）。
2.2管网水力计算及管径确定
（1）经济管径的确定
式中：d——管道直径（m）；
Q——管道内通过的设计流量（m3/h）；
V——管道内水的流速（m/s）。
对于管道内水的流速，塑料管道设计流速应控制在经济流速1.0～1.5m/s，据此干管选择DN400PE管、一二支管DN225PE管可满足经济流速要求。
（2）管道水头损失
H=hf+hj
式中：hf —— 管道沿程水头损失（m）；
f —— 摩阻系数，PE管取9.48E+04； L —— 管道长度（m）；
Q —— 流量（m3/h）； m —— 流量指数，PE管取1.77；
d —— 管道内径（mm）； b —— 管径指数，PE管取4.77；
ζ——管道局部水头损失系数； hj —— 管道局部水头损失（m）
按照《室外给水设计规范》（GB 50013-2006）第7.2.3条关于管道局部水头损失计算的规定，本灌区管道局部水头损失可按沿程水头损失的10%计算，其结果如下：
管道水头损失计算表
渠名 起桩号 止桩号 长度（m） Q（m3/h） 管径
（mm） v（m/s） hf（m） hj（m） H（m）
干管 0+000 1+200 1200 424 400 1.10 2.88 0.29 3.17
1+200 2+000 800 320 355 1.05 2.06 0.21 2.27
2+000 2+800 800 200 315 0.84 1.59 0.16 1.75
一支管 0+000 0+500 500 104 225 0.85 1.55 0.16 1.71
二支管 0+000 0+800 800 120 225 0.98 3.20 0.32 3.52
管网总水头损失为H=∑hf+∑hj=3.17+2.27+1.75+1.71+3.52=12.41m
2.3水泵扬程及设备选型
水泵扬程可根据下式确定：
H=Hss+Hsd+∑hs+∑hd
式中：H——泵的总扬程
Hss——泵吸水地形高度；
Hsd——泵压水地形高度；
∑hs、∑hd——泵装置吸水管路及压水管路中的水头损失之和。
根据地形条件分析，泵的最大静扬程为25m，扬水管总水头损失12.41m。
吸水管水头损失按下式计算：
∑hs=∑h沿+∑h底+∑h弯头+∑h大小头=0.16+1.49+0.09+0.01=1.75m
泵的计算流量420m3/h，总扬程39.16m，选用一台250S65型泵可满足要求，其参数如下： 水泵特性参数表
型号 流量（m3/h） 扬程（m） 转速（r/min） 效率（%） 汽蚀余量（m） 配套电机型号 功率（kw） 重量（kg）
250S65B 450 45 1450 74 3.2 Y280M-4 90 480
3经济、技术效果分析
在小型农田水利工程中，小流量的低压管道技术应用更适应农业灌溉的发展，与明渠灌溉相比，主要体现以下优势：
1、节水
在保证相同灌面的情况下，采用低压管道灌溉的灌溉水利用系数多可达到0.9以上；而采用明渠灌溉时，由于渗漏蒸发等损失，灌溉水利用系数则只能达到0.65以上，在水资源严重紧缺的时期，管道节水效果十分明显。
2、施工方便，适应性强
管道施工安装工序较为简单，主要有沟槽开挖回填及管件埋设、安装连接等工序，技术易于掌握，大大减少混凝土浇筑、钢筋制安、立模等施工工序，因靠压力输水，可根据地形裁弯取直；明渠施工时，受地形限制需布置大量渠系建筑物，局部地质条件差的还要进行基础处理，施工技术相对更困难。因此管道施工可加快施工进度，适应性比明渠更强，有利于早日发挥效益。
3、占地、水环保费用低
由于管道多采用地埋，多位于耕作层以下50～70cm，当施工完成后，可进行复耕，而渠道输水涉及到大量永久占地和高边坡开挖护坡，水环保费用较高。管道施工有利于缓解土地资源紧缺的矛盾，具有一定的社会效益和经济效益。
4、运行管理方便
在运行期，由于供需用水矛盾仍然存在，多发生前段因耕作或人为挖断抢水、引渠入沟，而导致后段无水可取的情况，恢复难度大；同时，因受地质条件限制，渠道在运行期经常出现垮塌、渗漏、地震、拉裂、淤积等各种病害情况，一旦局部出现类似病害，则影响整个灌区的灌溉用水，给管理维修带来一定的困难，导致明渠的使用寿命远低于其设计寿命；另外，随着近年对健康用水的高标准高要求，管道更易使百姓接受和推广，为整个灌区提供清洁水质。管道代替渠道后，可以有效避免上述挖断取水、垮塌淤积的病害整治等问题。
5、经济效益分析
对于山地丘陵地区，由于不具备平原大规模机械化作业和大面积种植作物的条件，灌片往往具有单独的水源和独立的灌溉体系的特点。对于小规模灌片，管径往往低于500mm，从西南地区的各地建材价格可以了解到，小管径的管材生产较为成熟，且价格低廉，购买力强。相对人工费较高的今天，小型明渠有被取代的趋势。在相同效益的情况下，明渠虽输水能力大，但损失也相当高，从造价情况来看，管道优势较为明显。
4结语
目前，低压管道输水灌溉面积已覆盖约10000万亩，约占全国节水灌溉工程面积的1/4，但仍具有一定局限性。无论是从大口径新型复合管材生产技术的开发、管材输水安全性、水锤防护，还是生产成本低廉性、应用的经济适用性等方面均需要对该类技术问题进一步研究解决，这间接导致了其推广发展受到一定限制。且对于大中型灌区如何发展低压管道输水灌溉尚需进一步探讨认识。
随着近年国家对农业灌区续建配套与节水改造项目的大量资金投入，目前低压管道灌溉输水技术已逐渐成熟，多数小型灌区已开始发展低压管道输水。低压管道输水能够实现合理控制输配水、减少耕地占用、降低灌溉用水、利于施工和管理等目的，且效益高、适用性强，可逐渐成为农业节水灌溉的主要措施。但需迫切开展对农业高效节水投入机制、政策、法规及管理服务体系的研究，以促进低压管道输水灌溉技术的发展。 参考文献：
[1] 杨书君、高本虎、赵华.低压管道输水灌溉技术在灌区节水改造中的设计与应用.水利技术监督.2014
[2]梁春玲、刘群昌、王韶华.低压管道输水灌溉技术发展综述.水利经济.2007
[3]《水泵及水泵站》（刘超，中国水利水电出版社，2012年版）
[4]《渠道衬砌与防渗工程技术》（何武全，黄河水利出版社，2011年版）
[5]《低压管道输水灌溉工程技术》（王留运，黄河水利出版社，2011年版）
【关键词】小流量；低压管道；提水泵站；效益
1项目区概况
古昌提水灌区工程位于荣昌县西北部，总灌溉面积2500亩。当地作物主要以水稻、玉米、红苕、蔬菜等为主，根据《荣昌县2012年农村集体经济综合统计年报》项目区目前田土比约为77：23，复种指数为1.60，灌区设计保证率75%。灌区取水水源为濑溪河，渠首为竖井式提水泵站，配置一条输水干管和2条支管，程树形结构，干管全长2.8km，一支管0.5km，二支管0.8km，由南向北布置，途经周家院子、新拱桥、胡家坡，最后进入刘家大冲。
2低压管道输水灌溉设计
根据P=75%灌区的用水过程，考虑作物的品种、灌水条件、灌区规模与水源条件及作物收割期等因素，初选作物的灌水起始时间、延续时间、灌水定额，按以下公式计算出各种作物播前灌及生育期内各次灌水的灌水率，并根据每次灌水延续时间，绘制并修正各种作物的灌水率过程线。
q=am/（X×3600T）
q——灌水率，单位：m3/（s*亩）；
a——作物种植比例；
X——每日灌溉小时数，对于自流灌溉，取X=24，对于抽水灌溉，取X=20～22；
m——灌水定额，单位：m3/（亩）；
T——灌水延续时间，单位：d
同时期各种作物灌水率相加，绘制年度初步灌水率图。然后对初步灌水率图进行修正，使之各次灌水率比较均匀，避免经常缺水。修正原则是提前或推迟灌水日期不得超过3d，延长或缩短灌水时间与原定时间相差不超过20%，灌水定额调整值不超过原定额的10%，同一种作物不得连续两次减小灌水定额，以累计30d以上的最大灌水率为设计灌水率，短期峰值不超过设计灌水率的120%。经过修正后得灌区设计灌水率为0.42m3/（s*万亩）。
2.1设计流量的确定
渠首流量按下式计算：
Q=qA/η
η=ηsηf
其中：Q——渠（管）道设计流量（m3/s） q——设计灌水率（m3/s*万亩）A——渠道控制灌溉面积（亩） η——灌溉水利用系数
ηs——管道水利用系数，0.97 ηf——田间水利用系数，0.92
经计算，该灌片设计流量0.12m3/s（424 m3/h）。
2.2管网水力计算及管径确定
（1）经济管径的确定
式中：d——管道直径（m）；
Q——管道内通过的设计流量（m3/h）；
V——管道内水的流速（m/s）。
对于管道内水的流速，塑料管道设计流速应控制在经济流速1.0～1.5m/s，据此干管选择DN400PE管、一二支管DN225PE管可满足经济流速要求。
（2）管道水头损失
H=hf+hj
式中：hf —— 管道沿程水头损失（m）；
f —— 摩阻系数，PE管取9.48E+04； L —— 管道长度（m）；
Q —— 流量（m3/h）； m —— 流量指数，PE管取1.77；
d —— 管道内径（mm）； b —— 管径指数，PE管取4.77；
ζ——管道局部水头损失系数； hj —— 管道局部水头损失（m）
按照《室外给水设计规范》（GB 50013-2006）第7.2.3条关于管道局部水头损失计算的规定，本灌区管道局部水头损失可按沿程水头损失的10%计算，其结果如下：
管道水头损失计算表
渠名 起桩号 止桩号 长度（m） Q（m3/h） 管径
（mm） v（m/s） hf（m） hj（m） H（m）
干管 0+000 1+200 1200 424 400 1.10 2.88 0.29 3.17
1+200 2+000 800 320 355 1.05 2.06 0.21 2.27
2+000 2+800 800 200 315 0.84 1.59 0.16 1.75
一支管 0+000 0+500 500 104 225 0.85 1.55 0.16 1.71
二支管 0+000 0+800 800 120 225 0.98 3.20 0.32 3.52
管网总水头损失为H=∑hf+∑hj=3.17+2.27+1.75+1.71+3.52=12.41m
2.3水泵扬程及设备选型
水泵扬程可根据下式确定：
H=Hss+Hsd+∑hs+∑hd
式中：H——泵的总扬程
Hss——泵吸水地形高度；
Hsd——泵压水地形高度；
∑hs、∑hd——泵装置吸水管路及压水管路中的水头损失之和。
根据地形条件分析，泵的最大静扬程为25m，扬水管总水头损失12.41m。
吸水管水头损失按下式计算：
∑hs=∑h沿+∑h底+∑h弯头+∑h大小头=0.16+1.49+0.09+0.01=1.75m
泵的计算流量420m3/h，总扬程39.16m，选用一台250S65型泵可满足要求，其参数如下： 水泵特性参数表
型号 流量（m3/h） 扬程（m） 转速（r/min） 效率（%） 汽蚀余量（m） 配套电机型号 功率（kw） 重量（kg）
250S65B 450 45 1450 74 3.2 Y280M-4 90 480
3经济、技术效果分析
在小型农田水利工程中，小流量的低压管道技术应用更适应农业灌溉的发展，与明渠灌溉相比，主要体现以下优势：
1、节水
在保证相同灌面的情况下，采用低压管道灌溉的灌溉水利用系数多可达到0.9以上；而采用明渠灌溉时，由于渗漏蒸发等损失，灌溉水利用系数则只能达到0.65以上，在水资源严重紧缺的时期，管道节水效果十分明显。
2、施工方便，适应性强
管道施工安装工序较为简单，主要有沟槽开挖回填及管件埋设、安装连接等工序，技术易于掌握，大大减少混凝土浇筑、钢筋制安、立模等施工工序，因靠压力输水，可根据地形裁弯取直；明渠施工时，受地形限制需布置大量渠系建筑物，局部地质条件差的还要进行基础处理，施工技术相对更困难。因此管道施工可加快施工进度，适应性比明渠更强，有利于早日发挥效益。
3、占地、水环保费用低
由于管道多采用地埋，多位于耕作层以下50～70cm，当施工完成后，可进行复耕，而渠道输水涉及到大量永久占地和高边坡开挖护坡，水环保费用较高。管道施工有利于缓解土地资源紧缺的矛盾，具有一定的社会效益和经济效益。
4、运行管理方便
在运行期，由于供需用水矛盾仍然存在，多发生前段因耕作或人为挖断抢水、引渠入沟，而导致后段无水可取的情况，恢复难度大；同时，因受地质条件限制，渠道在运行期经常出现垮塌、渗漏、地震、拉裂、淤积等各种病害情况，一旦局部出现类似病害，则影响整个灌区的灌溉用水，给管理维修带来一定的困难，导致明渠的使用寿命远低于其设计寿命；另外，随着近年对健康用水的高标准高要求，管道更易使百姓接受和推广，为整个灌区提供清洁水质。管道代替渠道后，可以有效避免上述挖断取水、垮塌淤积的病害整治等问题。
5、经济效益分析
对于山地丘陵地区，由于不具备平原大规模机械化作业和大面积种植作物的条件，灌片往往具有单独的水源和独立的灌溉体系的特点。对于小规模灌片，管径往往低于500mm，从西南地区的各地建材价格可以了解到，小管径的管材生产较为成熟，且价格低廉，购买力强。相对人工费较高的今天，小型明渠有被取代的趋势。在相同效益的情况下，明渠虽输水能力大，但损失也相当高，从造价情况来看，管道优势较为明显。
4结语
目前，低压管道输水灌溉面积已覆盖约10000万亩，约占全国节水灌溉工程面积的1/4，但仍具有一定局限性。无论是从大口径新型复合管材生产技术的开发、管材输水安全性、水锤防护，还是生产成本低廉性、应用的经济适用性等方面均需要对该类技术问题进一步研究解决，这间接导致了其推广发展受到一定限制。且对于大中型灌区如何发展低压管道输水灌溉尚需进一步探讨认识。
随着近年国家对农业灌区续建配套与节水改造项目的大量资金投入，目前低压管道灌溉输水技术已逐渐成熟，多数小型灌区已开始发展低压管道输水。低压管道输水能够实现合理控制输配水、减少耕地占用、降低灌溉用水、利于施工和管理等目的，且效益高、适用性强，可逐渐成为农业节水灌溉的主要措施。但需迫切开展对农业高效节水投入机制、政策、法规及管理服务体系的研究，以促进低压管道输水灌溉技术的发展。 参考文献：
[1] 杨书君、高本虎、赵华.低压管道输水灌溉技术在灌区节水改造中的设计与应用.水利技术监督.2014
[2]梁春玲、刘群昌、王韶华.低压管道输水灌溉技术发展综述.水利经济.2007
[3]《水泵及水泵站》（刘超，中国水利水电出版社，2012年版）
[4]《渠道衬砌与防渗工程技术》（何武全，黄河水利出版社，2011年版）
[5]《低压管道输水灌溉工程技术》（王留运，黄河水利出版社，2011年版）