丘陵沟壑区田间输水工程规划与实施经验探析
摘要：澄城县荒草地开发项目水利工程总体布置为：由水源工程（小型泵站或机井）取水，通过输水管道将水输入高位蓄水池（钢筋混凝土），再由蓄水池自压流入田间输水管（PVC管），经保护装置进入出水拴和地面移动管进行灌溉。
中国论文
关键词：澄城县 丘陵沟壑区 田间输水工程
澄城县地处陕西省关中平原与陕北*土高原过渡地带，境内沟壑纵横，梁峁相间，荒草地面积占全县国土总面积的比重较大，是陕西省土地开发治理重点县之一。该县在实施土地开发项目配套水利灌溉工程中，坚持以水资源的合理开发和高效利用为根本原则，以水利工程建设的费省效宏为目标，走出了一条成功之路，为全省土地开发项目田间水利工程的实施树立了典范。
一、田间输水工程规划
1、总体布置形式
澄城县荒草地开发项目水利工程总体布置为：由水源工程（小型泵站或机井）取水，通过输水管道将水输入高位蓄水池（钢筋混凝土），再由蓄水池自压流入田间输水管（PVC管），经保护装置进入出水拴和地面移动管进行灌溉。
2、水源选择
澄城县属渭北旱原，区域内水资源贫乏，地表径流有四条小河溪，开发利用程度较高，地下水则埋藏深储量小，且开采成本高，成井风险大，在选择水源时一般遵循优先利用地表水，合理开采地下水的原则，只有在项目区无可利用地表水的情况下，才考虑选择地下水作为水源。因此澄城县荒草地开发项目水源工程优先考虑建设小型泵站，其次考虑钻配机井取水。若项目区周边有现成水源工程的尽量选用已成工程作为水源，包括从大中型灌区引调水。
3、田间输水方式选择
灌溉输水方式分为渠道输水和管道输水两种方式，若选用渠道输水，由于在输水过程中存在蒸发和渗漏，衬砌渠道的渠系水利用系数约在0.7左右，而采用管道输水，水利用系数可达0.9以上。澄城县荒草地开发项目区均为丘陵沟壑地貌，地形复杂、灌溉单元小，加之机井或小型泵站出水量小，因此，采用明渠输水既不经济，又难以实施，最合理的输水方式是地埋管道输水。既提高了水资源利用效益，又可节约投资，缩短工期。
4、输水管布置
管道的布置一般遵循支管垂直于干管的原则，并根据灌溉田块合理确定管道间距和出水桩间距，田间灌水采取小畦化或穴灌节水灌溉技术，以达到灌水均匀并减小灌水定额的目的。管布置力求控制面积大，且管线平顺，减少折点和起伏。若管线布置有起伏时，应避免管道内产生负压。应根据水源位置（机井位置或管入口位置）、地块形状、种植方向及原有工程配套等因素，通过比较，确定采用树状管或环状管。
管线布置应与地形坡度相适应。如在平坦地形，为充分利用地面坡降，干（支）管应尽量垂直等高线布置；若地面坡度较陡时，干（支）管布置应平行等高线，以防水头压力过大而需增加减压措施。田间最末一级管道，其布置走向应与作物种植方向和耕作方向一致，移动软管垂直于作物种植行。
给水拴的间距应根据生产管理体制、灌溉方法及灌溉计划确定，间距宜为50～100m，单口灌溉面积宜为0.25～0.6hm2。在山丘区梯田中，应考虑在每个台地中设置给水栓，以便于灌溉管理。
在已确定给水栓位置的前提下，力求管道总长度最短，管径最小。在梯田上，地面移动管道应布置在同一级梯田上，以便移动和摆放。
对于谷深坡平、耕地相对集中、相对高差在50m以内水低田高的山丘，可利用管道逆坡远距离输水灌溉。工作压力一般在0.4～0.6MPa之间，灌溉面积的确定要遵循“以供水能力确定面积”的原则。支管间距一般为100～200m。
5、管径选择
选用地埋管道输水时，首先要进行压力计算和管径的计算，以使设计方案经济、合理、可行。压力计算主要是管内水压力和侧向的土压力计算，通过压力计算得到管道的抗压强度，选用不同壁厚的PVC管道。管径计算要根据灌溉需水量计算管道在一定流速下的合理管径，从而更好的选择合适的PVC管道。在低压暗管输水工程设计中，管径确定多采用计算工作量较小的经济流速法。该法是根据不同的管材确定适宜流速，然后由管道水力学公式计算经济管径，最后再根据商品管径规格标准和水头损失控制需要进行修正。
管径计算公式：D=1000√4Q/3600πv=18.8 √Q/v。式中 D――管道内直径，mm；v――管道内流速，m/s，取1..5；Q――计算管段的设计流量，m3/h。
二、输水工程材料要求
1、管材质量要求
管材能承受设计要求的工作压力，允许工作压力应为管道最大正常工作压力的1.4倍。当管道可能产生较大水击压力时，管材的允许工作压力应不小于水击时的最大压力。
管壁要均匀一致，壁厚误差应不大于5%。管材内壁光滑，内外壁无可见裂缝，耐土壤化学侵蚀，耐老化，使用寿命满足设计年限要求。地埋暗管在农业机具和车辆等外荷载的作用下管材的径向变形率不得大于5%。满足运输和施工的要求，能承受一定的局部沉陷应力。管材与管材、管材与管件连接方便，连接处应满足工作压力、抗弯折、抗渗漏、强度、刚度及安全等方面的要求。移动管道要轻便，易快速拆卸，耐碰撞，耐摩擦，不易被扎破及抗老化性能好等。
2、管材选择
输水管道一般选择施工、安装方便及运行可靠的硬PVC管。在管道有可能出现较大不均匀沉陷的地方，可选择柔性较好的塑料硬管；在丘陵和砾石较多的山前平原，管沟开挖回填较难控制，可选择外刚度较高的双壁波纹PVC管，不宜选择薄壁PVC管；在跨沟、过路的地方，可选择钢管、铸铁管；对将来可能发展喷灌的地区，应选择承压能力较高的管材，便于发展喷灌时利用；对于山区果园灌溉，将来可能发展微灌的地方，可部分选择PE管材。
地面移动管道用得最多的是聚氯乙烯塑料软管和涂塑软管。
3、附属设施 管道附属设施包括给水装置、保护装置和量测设施等。
给水装置由三通、立管、给水栓三部分构成。给水栓要坚固耐用、密封性能好、不漏水，软管要安装拆卸方便。
管道输水灌溉系统的安全保护装置主要有进（排）气阀、调压阀、逆止阀、泄水阀等。主要作用分别是破坏管道真空，排除管内空气，减少输水阻力，超压保护，调节压力，防止管道内的水回流入水源而引起水泵高速反转。
进（排）气阀一般安装在顺坡布置的管道系统首部、逆坡布置的管道系统尾部、管道系统的凸起处、管道朝水流方向下折及超过10°的变坡处。
分（取）水控制装置。管道灌溉系统中常用的分（取）水控制装置主要有闸阀、截止阀等，一般公称压力不大于1.6MPa，作用是接通或截断管道中的水流。
管道灌溉系统的水表一般安装在野外田间，因此选用湿式水表较好。
三、工程施工与检验
1、测量放线
按照规划设计图的布置，用经纬仪将管干、支管线定出。在管线上，每一出水口设置木桩，管转折点加设木桩。
2、管槽开挖
管槽断面形式依土质、管材规格、冻土层深度及施工安装方法而定。一般采用矩形断面，管槽宽度为管材外径加0.5 m。管道的埋深不应小于70cm。管槽应沟直底平，严禁沟壁出现扭曲，沟底起伏产生“驼峰”，百米高差应控制在±3.0cm以内。
3、管道安装
管道安装顺序宜从首部向尾部，从低处向高处，先干管后支管。承插口管材，插口在上游，承口在下游，依次施工。管道中心线应平直，不得用木垫、砖垫和其他垫块。管底与管基应紧密接触。管道穿越铁路、公路或其他建筑物时，应加套管加以保护。安装带有法兰的阀门和管件时，法兰应保持同轴、平行，管道系统上出地竖管的底部和顶部应采取混凝土加固措施。
管道安装应随时进行质量检查，分期安装或因故中断安装应用堵头将敞口封闭，不得将杂物留在管内。塑料管道的连接方法有承插粘接、柔性承插套接、热熔焊接等。
4、阀门及金属管件的连接
金属阀门与塑料管连接，直径大于65mm的管道用金属法兰连接。法兰连接管外径大于塑料管内径2～3mm，长度不小于2倍的管径，一端加工成倒齿状，另一端牢固焊接在法兰一侧。将塑料管端加热后及时套装在带倒齿的法兰接头上，并用管箍上紧。塑料管与金属管件的连接可采用同样的方法。直径小于65mm的可用螺纹连接，并应装活接头。直径大于65mm以上的阀门应安装在底座上，底座厚度宜为10～15cm。
截止阀与逆止阀应按流向标志安装，不得反向。
5、管道试压
全部管道安装完毕，管道系统和建筑物达到设计强度后，应对各条管路逐一进行试水。试水前应安装好压力表，检查各种仪表是否正常，并将管各转折处填土加固，防止充水后压力增大将接头推开漏水。要将末端出水口打开，以利排除管道内的气体。然后向管道内充水，当整个管道系统全部充满水后，关闭打开的出水口，把管道压力逐渐增至设计压力水头，并保持1小时以上。沿管路逐一进行检查，重点查看接头处是否有渗漏，然后对各渗漏处作好标记，根据具体情况分别进行修补处理。
处理前，应将管中水排除，薄壁聚氯乙烯管材如在非接头处出现裂纹、小孔等造成漏水，可采用打“补丁”的办法加以解决。所用“补丁”的材料应与管材材料相同，长、宽度应略大于裂纹或洞眼的范围，粘接工艺要求如前所述。若裂纹较长，漏水较重或接头处漏水，应将该管段拆除重新安装。
6、工程试运行
在开机前应对机泵进行一次全面、细致的检查，检查各固定部分是否牢固、转动部分是否灵活；开机后应观察出水量、轴承温度、机泵运转声音及各种仪表是否正常，如不正常或出现了故障，应立即检修；停机后，要打开泵壳下面的放水塞，把水放净，防止水泵冻坏或锈蚀。
在管道充水和停机时，管道压力会急剧上升或下降，易发生炸管。因此，应严格按照管道安全运行程序操作。具体应注意以下几点：
（1）开机时，严禁先开机后打开出水口。应首先打开计划放水的出水口，必要时还应打开管道上的其他出水口排气，然后开机缓慢充水。当管道充满水后，应缓慢关闭作为排气用的出水口。
（2）当同时开启的一组出水口灌水结束，需开启下一组出水口时，应先打开后一组出水口，再缓慢关闭前一组出水口。
（3）管道停止运行时，应先停机，后关出水口。
在荒草地开发项目实施中，一定要结合当地资源环境和实际，切实做好前期踏勘和规划工作，规划不合理及不适合当地实际等的情况出现，会造成人力、物力的浪费。避免这些情况的出现，需要我们不断加强学习和总结积累经验，在学习和实践中提高技术水平，为荒草地开发事业建功立业。