管道灌溉在泸县的应用实践

摘 要：泸县位于四川盆地南缘丘陵低山区，是农业产粮大县、100万人口大县。在中央财政小型农田水利重点县建设项目规划设计中，结合我县实际，大量规划高效节水灌溉技术，在田间沟渠布置PE塑料管道，由于管道不占地、放水易控制、便于日常维护等特点，在实际使用中，表现很好，深受灌区干部群众欢迎。

关键词：田间水利；塑料管道；高效节水；投资节约

中图分类号：S274 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150501057

泸县位于四川盆地南部，东西宽约56.23km，南北长约46.8km，幅员面积1532km2，总人口109万人，其中农村人口98万人，人均耕地面积453.56m2。境内地貌有低山深丘、中丘中窄谷、浅丘宽谷、河谷阶地4种形态，分别占幅员面积的7%、27%、60.5%和5.5%。

1 输水模式的选择

泸县总耕地面积44722hm2，有效灌溉面积28714hm2，其中近17342m2耕采取提灌方式。因明渠建设线路选择受地形制约大、工程投资高、施工难度较大，泸县在部份提灌渠中使用混凝土管替代明渠输水，但混凝土管碎性大、易破损，不易运输、安装；2005年PE管作为供水管道开始在泸县应用，在使用中发现PE管重量轻、安装方便、受地形地势制约小，可替代混凝土管应用于农业灌溉，经逐年模索，从2009年起PE管在小农水重点县建设中开始大量使用，截止目前，泸县已建成PE输水管道1093 km，新增和恢复灌面5496hm2，改善灌面3088hm2。

2 PE管道输水的优势

与传统采用的浆砌条石渠道相比，PE管材具有受地形地势制约小、节水效果明显、投资节约、占地少、施工简便、建设进度快、便于维护等优点。

2.1 受地形地势制约小

PE输水管材适用于低压供水或小型泵站等流量较小以及渠线跨沟谷、高差大的倒虹管输水，工程建设受地形、地貌影响较小，在小流量末级渠道建设中在泸县得到广泛运用，特别是在小型泵站输水渠系建设时，利用泵站提水直接将水输送到渠道末端，从而在规划渠线时可选就近线路，不受高程和地形地貌的限制，随高就高、随低就低，根据灌面分布情况，先布主线，后布分支，统一规划，沿高处布置管道，可根据需要灵活布置分水口，并可直接延伸管道至指定田块。

2.2 节水效果明显

PE管内壁光滑，糙率低，输水能力强，不易产生漏水和沿程水量损失，渠系水利用系数高，一般PE管渠系水利用系数为0.95，而明渠的渠系水利用系数在0.80左右，大大的节约了水资源。

2.2.1 渠道设计流量计算

有关参数选用：灌水定额 m=75m3/667m2 ； 灌水周期

T=20d ；灌溉水利用系数PE管渠η=ηsηf=0.95x0.95=0.90。

砌石明渠η=ηsηf=0.75x0.95=0.71

设计流量计算公式选用：设计流量Q=mA/（tTη） （m3/s） 式中：A为渠道控灌面积（667m2）；t为渠道日运行时间t=20×3600=72000（s）。

计算结果：计算及结果见下表

表1 灌溉渠道设计流量计算成果

控灌面积（/667m2） 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1400 1800

PE管流量/（m3/S） 0.023 0.029 0.035 0.041 0.046 0.052 0.058 0.064 0.069 0.081 0.104

明渠流量/（m3/S） 0.031 0.038 0.046 0.054 0.061 0.069 0.077 0.084 0.092 0.107 0.138

当灌溉渠道按上表选定灌面A、流量Q能够满足控灌面积要求。

2.2.2 PE管道设计计算

公式选用： 单位管长水头损失 ：i=0.000915Q1.774/d4.774 （m/m）

式中Q为管道设计流量（m3/s），d为管道内径（m），选用常用的压力等级1MPa、100级PE管进行比较。

计算结果：计算及结果见下表

表2 PE管输水工程设计计算成果

设计流量Q（/（m3/s）） 0.023 0.029 0.035 0.041 0.046 0.052 0.058 0.064 0.070 0.085 0.100

公称直径d（/m） 0.160 0.160 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.250 0.250 0.250

管道内径d（/m） 0.149 0.149 0.176 0.176 0.176 0.176 0.176 0.176 0.220 0.220 0.220

水头损失（/（m/m）） 0.013 0.021 0.023 0.011 0.017 0.021 0.025 0.030 0.012 0.017 0.023

当输水管道为低压水流时按上表选定管内径d、允许水头损失i、流量Q能够满足设计流量要求。一般主管设计为Φ200至Φ250PE输水管道，支管设计为Φ160PE输水管道。

2.2.3 传统常用砌石明渠设计计算

计算公式选用：设计流量 Q=AC（Ri）0.5（m3/s）

式中：过水断面面积 A=bh （m2）；谢才系数C=R1/6/n； 水力半径R=A/X （m）；湿周X=b+2h （m）；

边墙超高H=0.3（m）

有关参数选用：渠道比降i= 1/1000； 渠道糙率n=0.02

计算结果：计算及结果见下表

表3 砌石明渠设计计算成果

渠净宽b（/m） 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 1.0

过水深h（/m） 0.2 0.3 0.4 0.4 0.5 0.4 0.6 0.4 0.6 0.6 0.8 0.8

流量Q（/（m3/s）） 0.02 0.05 0.06 0.09 0.12 0.12 0.19 0.14 0.24 0.29 0.4 0.58

边墙高H（/m） 0.5 0.6 0.7 0.7 0.8 0.7 0.9 0.7 0.9 0.9 1.1 1.1

边墙厚 t（/m） 0.3 0.3 0.3 0.3 0.6 0.3 0.6 0.3 0.6 0.6 0.6 0.6

渠基底宽B（/m） 0.9 1.0 1.0 1.1 1.7 1.2 1.8 1.3 1.9 2.0 2.0 2.2

当砌石明渠在底坡i=1/1000、糙率n=0.02时按上表选定渠道净宽b、水深h及边墙高H、边墙厚t、渠基底宽B、流量Q能够满足渠道设计流量要求。

在节约水量方面：以灌溉面积53.36hm2提灌渠道为例相比较，浆砌条石砌筑石渠输水灌溉水利用系数为ηG=η管η田=0.75×0.95=0.71； PE管道输水灌溉水利用系数为ηG=η管η田=0.95×0.95=0.90； 泸县设计水平年（p=75%）田土综合净灌溉用水定额为229m3/667m2，毛灌溉用水定额用m毛=m净/ηz式计算，经分析计算浆砌条石砌筑石渠毛灌溉用水定额为322m3/667m2，PE输水管道毛灌溉用水定额为254m3/667m2， PE输水管道比浆砌条石砌筑石渠可节约用水68m3/667m2；灌溉面积53.36hm2可节约用水5.44万m3。泸县PE管道输水灌溉面积已达18369hm2， 在p=75%设计水平年节约灌溉用水1873万m3。

2.3 投资节约、占地少

泸县属浅丘地形，一般高差在50m以内，选用100型1.0MPaPE管材即基本满足要求，在流量条件满足的情况下充分利用PE管灌，与浆砌条石渠道相比，PE管道基本不受地形、地貌影响，渠线短、直，能大量减少工程量，单位造价低，从而大幅降低了工程投资。

从经济效益方面：截止目前我县共使用PE管道1093km，使用最多的直径为直径200mm、压力等级为1.0MPa的100型PE管材，按150元/m计算，计16395万元，如采用0.6×0.6的浆砌条石砌筑，以230元/m计算，需投资 25139万元，节约投资8744万元。

从节约用地方面：以灌溉面积53.36hm2提灌渠道为例相比较，建浆砌条石砌筑石渠流量为0.06m3/s，断面为0.4×0.6m，浆砌条石砌筑石渠平均占地为1200m2/km；相近流量的DN200PE管渠占地平均为24m2/km（主要是阀门井占地），为石渠占地的2%； 灌溉面积53.36hm2需建提灌渠道8000m，建石渠共计占地9600m2，占灌溉面积的1.8%； PE管渠共计占地192m2，占灌溉面积的0.036%，即利用管灌可节约耕地面积9413m2，节约耕地面积占灌溉面积的1.76%。泸县使用管道灌溉长度1093km，建相同长度的石渠共需占地131万m2，PE管渠共计占地2.64万m2，利用管灌可节约耕地面积128.36hm2。

2.4 施工简便、建设进度快

PE管道比浆砌条石渠道施工方面，它容易搬运和安装。管道的安装采用电热熔方式连接，只要1名通过简单培训的技术人员、2名普工就能操作，施工安装十分简便，每天可安装管道120m，而浆砌条石明渠3名工人每天最多可砌筑5m。运输和2次转运方面，PE管材运输更加便利，一般5m的管材只需2人一次性可以抬走，而5m的浆砌条石渠道材料则需独轮车10来次转运。主要施工流程：管沟的开挖-管道连接-管道敷设-附件安装-管道试验-管道回填。

2.5 便于建后管护

明渠起淤、维护工作量大，利用管渠输水，可在低洼处设置排污闸，采用排污闸定期排除管道泥沙，放水闸阀采用防盗闸阀，须专用工具才能开启闸阀，灌溉管理工作可有序开展。

3 PE管道的缺点

PE管道应有足够埋深；管道堵塞不易排查；目前生产的PE管道压力等级最高为1.6Mpa，高差太大的地区使用会频繁减压、增压，投资增大；PE管道的经济流速为0.8～1.3m/s，水头损失3～5m/km，水头损失大，在平坝地区使用时要设置加压站，增加投资和运行费；公称直径为315mm的PE管与过水流量相等的球墨铸铁管每米造价相当，因此大流量输水管道材料的选择应从运输条件、地形条件、压力等级等方面进行综合比较。

参考文献

[1] 《节水灌溉技术规范》（GB/T50363-2006）[S].

[2] 《四川省用水定额（修订稿）》（川水发[2010]4号）[S].

[3] 《农田排水工程技术规范》（SLT4-1999）[S].

[4] 《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2006）[S].

[5] 《埋地聚乙烯给水管道技术规程》（CJJ101-2004）[S].

作者简介：邱里杨（1976-），男，汉族，泸县水务局局委委员、水利管理和技术推广站站长，本科。