第四章_灌溉管道系统

第四章管道灌溉系统

农田灌溉系统按照其输配水过程中的水流是否有压力，可划分为有压灌溉系统和无压灌溉系统两大类。而管道灌溉系统为有压灌溉系统，系统中水流均为有压状态，其过流断面一般采用圆管，这也就是它与灌溉渠道系统的本质差别。

第一节管道灌溉系统的特点与发展概况

一、管道灌溉系统的特点(characterics of the pipe-line irrigation system)

管道灌溉系统是以管道代替明渠输水的一种灌溉工程形式，在一定的压力作用下，将灌溉水由管道输送到田间，经田间灌水装置实施灌溉的工程系统。喷灌、微灌、低压管道输水灌溉均属管道灌溉形式。管道灌溉系统在提高灌溉水利用率，节省农田，少占耕地，便利机耕和扩大灌溉面积等方面都显示出了巨大的效益和潜力，与灌溉渠道系统相比较，具有显著的特点。

1.管道灌溉系统的主要优点(major advantages of the pipe-line irrigation system)

1)节水效益显著。管道灌溉系统采用管道输水和配水，减少了输水过程中的渗漏与蒸发损失，从而节约了灌溉用水，提高了灌溉水利用率，一般可比明渠灌溉系统节水30～50%；并可防止因渠系渗水而导致土壤盐碱化、沼泽化和冷浸田等的发生。

2)土地利用率高。管道灌溉系统的输配水管网大部分或全部都埋设在地下，可以减少渠道占用的耕地，提高了土地利用率。对于我国土地资源紧缺，人均耕地面积不足1.5亩的现实来说，具有显著的社会效益和经济效益。

3)适应性强，灌溉效率高。管道灌溉系统由于是有压输水，可以适应各种地形，使渠道难以灌溉的耕地实现灌溉，扩大了有效灌溉面积；利用管道输水速度快，灌水省时、省工，一般比明渠输水的灌溉效率可提高1倍以上，用工减少50%左右，灌溉效率高。

4)灌水及时，促进作物增产增收。利用管道系统输水和灌水，灌水及时，有利于进行适时适量灌溉，可以及时有效地满足作物的需水要求，从而提高农作物的产量和品质，达到增产增收的效果。

5)管理维护方便，便于实现自动化。管道灌溉系统用管道代替明渠，避免了跑水漏水，节

省管理用工，而且不会滋生杂草，可省去明渠的清淤除草和整修维护渠道等繁重劳动。同时，管道灌溉系统运用灵活方便，容易调节控制和实现自动化，并可方便地与施肥施农药等相结合。

2.管道灌溉系统的主要缺点（major disadvantages of the pipe-line irrigation system）

1)需要的材料和设备较多，一次性投资高。特别是喷灌和微灌系统，与渠道输水系统相比，投资高，运行费用也高。因此，一般适应于经济作物或地形相对较复杂的地方。

2)规划设计内容较复杂。管道灌溉系统的水力计算、配水分水、压力调节和田间设施等都比灌溉渠道系统复杂，规划设计难度相对较大。

3)对水源的水质要求较高，尤其是微灌系统，因灌水器容易堵塞，一般对灌溉水要求进行一定的处理、过滤，定期对管道系统进行冲洗。

4)对施工及管理的技术要求较高。管道灌溉系统一般技术性强，必须由专业队伍进行施工，才能保证工程质量。工程建成后，需要掌握相关技术的人员进行操作和管理，否则，容易造成管道或设备的损坏。

3.低压管道输水灌溉系统的特点（features of the low-pressure delivery pipe irrigation system）

低压管道输水灌溉系统是以管道低压输水至田间，通过出水口或给水栓，经田间毛渠或移动软管进行地面灌溉的工程，简称管灌系统。其管道工作压力较低，一般不超过0.4MP，出水口或给水栓的工作水头为0.3m~0.5m。管灌系统与喷灌、微灌相比，其技术相对简单，工作压力较低，投资也相对降低，对水质的要求也不高，管理运用简单方便。因此，目前在我国井灌区已得到广泛地推广应用。

渠灌区管灌系统一般控制面积较大，引水流量大，输水配水管道级数多，管径也较大，其省水、省地和省工效益更显著。管道输水速度快，供水及时，可缩短轮灌周期，改善田间灌水条件，从而及时有效地满足作物生长的需水要求。但是，渠灌区管灌系统由于其条件复杂，目前还仍处于试验示范阶段，技术尚未成熟，还需作进一步研究。

二、管道灌溉系统的发展概况（developing situation of

the pipe-line irrigation system）

1.国外发展概况(developing situation in abroad)

随着全球淡水资源危机的出现和加剧，合理利用水资源引起了世界各国政府和科学家的高度重视，并采用了多种对策。在解决水资源的对策中，除兴建必要的蓄水、引水工程，扩大水源外，更重要的是节约用水，提高水的有效利用率，防止水的污染等。世界各国如美国、日本、前苏联、以色列等，由于农业灌溉用水浪费严重，特别是渠道渗漏损失的水量大，均非常重视并积极研究推广喷灌、微灌和低压管道输水灌溉等管道化灌溉技术。

管道灌溉系统在国外自20世纪20年代开始应用于农业灌溉，50年代以后得到广泛应用。据2000年统计，全世界微灌面积已达0.57亿亩，喷灌面积已达4亿多亩，低压管道输水灌溉也得到了迅速发展。发展管道灌溉系统最具有代表性的国家是美国和以色列。美国由于农场耕作面积大，在农业生产上追求高生产效率，因此各种管道灌溉系统和设备也都追求高生产效率。在美国，喷灌的机械化、自动化水平较高，并且朝着低压、节能、多目标利用方向发展。主要类型为中心支轴式喷灌系统，占总喷灌面积的69.74％。美国微灌技术发展也很快，特别是在20世纪70至80年代，由于水价上涨，更加快了微灌的发展。加利福尼亚州是美国微灌应用最多的一个州，微灌面积占该州总灌溉面积的17％。低压管道输水灌溉

在美国被认为是节水最有效、投资最省的一种灌水技术。早在20世纪20年代就开始发展管道输水灌溉，到1984年管道输水灌溉面积已占全美国地面灌溉面积的46.9%。加州圣华金河谷灌区，支渠以下输水系统在1996年就全部实现管道化。美国管道灌溉系统中，地下部分多采用素混凝土管，地面部分采用可移动管道，一般为快速连接铝制管材和塑料软管，通过带有闸管的管道进行灌溉，同时也便于进行波涌灌溉，具有较高的灌水效率。据统计，美国1982年灌溉总面积为2500万公顷，地面灌溉占65％，喷灌占35％；1991年灌溉总面积为2373万公顷，地面灌溉占57％，喷灌占43%。2000年灌溉总面积为2553.6万公顷，喷灌占49.9％，地面灌溉（包括低压管道输水灌溉面积）占44.9%，微灌溉占4.49％。以色列除个别偏远山区外，全国已基本实现了输水管道化，全国主要水系连接成统一管网，每年从北部太巴列湖抽水3.2亿m3，通过2.7m直径压力管道，以20m3/s的流量输送到以色列的南部。并把地表水、地下水和回归水互相连通，综合调节用水，由国家统一管理。以色列灌溉技术目前主要是喷灌和微灌，近些年来微灌面积已超过了喷灌面积，成为主要的节水灌溉技术。到2000年，全国微灌面积为16.6万公顷，占总灌溉面积的66.4％。

国外发达国家认为管道灌溉系统既可减少输水损失，又可严格控制灌溉用水，其发展趋势

将是低能耗、低投入、低灌溉成本、高标准节水和高效益。

2.国内发展概况(developing situation in China)

我国是一个水资源严重短缺的国家，因此，也非常重视并积极发展管道化灌溉技术。喷灌技术是20世纪50年代从前苏联引进，70年代以后得到迅速发展和应用。如北京顺义县1985-1988年推广半固定式喷灌系统，全县80万亩耕地都采用喷灌，取得了显著的节水效益和经济效益。我国在发展喷灌的过程中，结合国情已形成一套较为完整的技术体系。我国微灌技术应用是从1974年引进墨西哥滴灌设备开始的，特别是90年代以后引进国外先进的微灌设备生产线，微灌技术得到迅速普及与应用。目前在灌水器、输水管材、过滤装置和控制装置等已基本形成系列化产品。我国管道输水灌溉应用时间较早，但集中连片是在50年代以后。如河南温县在70年代全县有10多万亩井灌区实现了管道输水灌溉。到了80年代以后，我国北方地区连年干旱，水资源日益紧缺，适应节水灌溉的管道输水灌溉技术得到迅速发展。但主要应用在井灌区。在管材应用方面，我国已研制出多种材料的管道，如薄壁PVC塑料管、双壁波纹管、石棉水泥管、混凝土管等。渠灌区从20世纪80年代开始进行了管道输水灌溉的试验研究，在管网设计、分水量水、防止淤堵等方面取得了许多成功

的经验。但技术尚未成熟，仍需要开展进一步地研究。据水利部统计，截止到2007年底，我国节水灌溉工程面积已达2348.9万公顷，占全国农田有效灌溉面积的40.7%,其中喷、微灌面积达385.3万公顷，低压管灌面积557.4万公顷。

第二节管道灌溉系统的组成和分类

一、管道灌溉系统的组成（components of the pipe-line irrigation system）

管道灌溉系统通常由水源、首部枢纽、输配水管网、田间灌水装置、附属建筑物和附属装置等部分组成。

1.水源(water sources)

凡符合农田灌溉用水标准的水源均可作为管道灌溉系统的水源，一般分为地表水源和地下水源两类。地表水源包括河流、湖泊、水库、塘堰以及集蓄雨水等；地下水源包括机井、大口井、辐射井、渗渠和泉水等。

2.首部枢纽(head works)

首部枢纽的作用是从水源取水，并进行适当的处理以符合管道灌溉系统在水量、水质和水压三方面的要求，其形式主要取决于水源的种类和管道灌溉方式。

管道灌溉系统中的水流必须具有一定的压力，一般均需通过水泵机组加压。通常可以根据灌溉用水量和扬程的大小，选用适宜的水泵类型、型号及与其相配套的动力机(电动机、柴油机等)。若有自然地形落差可利用，也可采取自压式管道灌溉系统，以节省投资和管理运行费用。

灌溉管道系统与渠道系统比较，一般对水源的水质要求比较高，为使灌溉水质符合输配水与灌水的要求，通常必须采用过滤装置；若水源含有杂草、泥沙或微生物和藻类等，则必须修建拦污栅、沉淀池或其它净化处理装置，以防止管网和灌水装置堵塞。不同的管道灌溉方式，对水质要求不同，其过滤装置和处理设施也不相同。

3.输配水管网（pipe-line networks of delivery and distribution）

输配水管网一般分为干管、支管和毛管等，控制面积较大时可增加总干管、分干管、分支管。在进行管道灌溉系统规划设计时，管网分级应根据灌溉面积大小、灌水方法及地形条