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管道输水灌溉工程 中国水利水电科学研究院刘群昌 E-mail：liuqc@iwhr.com 电话：13601366962

第一讲技术发展 第二讲工程规划第三讲工程设计第四讲管材附属设备第五讲施工安装第六讲工程设计中应注意的问题

第一讲管道输水灌溉技术的发展 一、管道输水灌溉技术简述 1、定义所谓管道输水，是指以管道代替明渠的一种输水工程措施，通过一定的压力，将灌溉水由分水设施输送到田间，可直接由管道分水口分水进入田间沟、畦、或在分水口处连接软管输水进入沟、畦。其特点是出水口流量较大，出水口所需压力较低。管道输水具有节水、省时、省工、省地、灌水及时、增产增效、省电、便于管理和机耕等优点。我国目前采用的管道输水一般是指低压管道输水灌溉系统，实际上，喷灌、微灌都离不开管道输水。

第一讲管道输水灌溉技术的发展 2、低压管道输水灌溉与喷灌、微灌的区别 • 低压管道输水灌溉工程：由自然落差或水泵加压形成的有压水流，通过压力管网送至田间出水口，进行地面灌溉的工程。给水栓流量大，出口压力2-3m. • 喷灌：由自然落差或水泵加压形成的有压水流，通过压力管网送至田间喷头，以均匀喷洒形式进行灌溉的工程。喷头流量大于等于250L/h，工作压力大于10m。 • 微灌工程：由自然落差或水泵加压形成的有压水流，通过压力管网送至田间专门的微灌水器以水滴、细小水流形成湿润作物根部附近土壤的灌溉工程。灌水器流量小于250L/h，灌水器工作水头5-10m。

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 3、管道输水灌溉系统的类型输配水方式

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 3、管道输水灌溉系统的类型

第一讲管道输水灌溉技术的发展 3、管道输水灌溉系统的类型

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 3、管道输水灌溉系统的类型

1、节水 管道输水系统可以减少渗漏和蒸发损失，提高水的有效利用率。各地井灌区低压管道输水灌溉的实践表明，一般可比土渠输水节约水量30%左右。是一项有效的节水灌溉工程措施。 2、输水快和省时、省力管道输水灌溉是在一定压力下进行的，一般比土渠输水流速大、输水快，供水及时，有利于提高灌水效率，适时供水，节约灌水劳力。第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 4、管道输水灌溉的优点

3、减少土渠占地 以管代渠在井灌区一般可比土渠减少占地2%左右。对于我国土地资源紧缺，人均占有耕地不足1.5亩的现实来说，这是一个很大的社会和经济效益，其意义极为深远。 4、节能用管道输水灌溉，比土渠输水多消耗一定能耗，但通过节水，提高水的有效利用率所减少的能耗，一般可节省能耗20%一25%。 5、灌水及时促进增产增收管道输水灌溉，减少水量损失，同时改善了田间灌水条件，缩短了轮灌周期，从而有效地满足了作物生长的需水、可收到增产增收的效果。另外，采用管道输水，还便于管理便于机耕。第一讲管道输水灌溉工程技术的发展

低压管道输水灌溉系统，根据各部分承担的功能由：水源、输水管道、给配水装置(出水口、给水栓)、安全保护设施(安全阀、排气阀)、田间灌水设施等部分组成。低压管道输水灌溉系统，根据各部分承担的功能由：水源、输水管道、给配水装置(出水口、给水栓)、安全保护设施(安全阀、排气阀)、田间灌水设施等部分组成。第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 5、管道系统组成

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 5、管道系统组成

对于自流灌区，由于水源工程的类型（水库、蓄水池、渠道、山泉溪水等）不同，取水设施的形式也不同。从渠道取水，取水设施包括进水闸、拦污栅、量水堰、沉沙池、压力管道、进口部分组成。在进水闸和沉沙池前设置拦污栅，以防渠中杂物进入，管道进口还设置了拦物笼罩，再次防止细的杂物进入管道；沉沙池主要沉淀颗粒较大的推移质泥沙进入管道，池子定期人工清洗，冬季排水以防冻胀破坏，起沉沙和稳定水位作用。这是一种开敞式取水，适用于水源中杂草和泥沙含量较大的特点。当然，可根据水源情况采用较简单的进水口设施。例如，在某自压管道输水灌溉工程中，由于渠道水源来自水库，杂草、泥沙含量少，将管段直接地埋穿过渠岸，有压取水。这种方式只需设置进水控制闸门，从而降低了工程投资。对于自流灌区，由于水源工程的类型（水库、蓄水池、渠道、山泉溪水等）不同，取水设施的形式也不同。从渠道取水，取水设施包括进水闸、拦污栅、量水堰、沉沙池、压力管道、进口部分组成。在进水闸和沉沙池前设置拦污栅，以防渠中杂物进入，管道进口还设置了拦物笼罩，再次防止细的杂物进入管道；沉沙池主要沉淀颗粒较大的推移质泥沙进入管道，池子定期人工清洗，冬季排水以防冻胀破坏，起沉沙和稳定水位作用。这是一种开敞式取水，适用于水源中杂草和泥沙含量较大的特点。当然，可根据水源情况采用较简单的进水口设施。例如，在某自压管道输水灌溉工程中，由于渠道水源来自水库，杂草、泥沙含量少，将管段直接地埋穿过渠岸，有压取水。这种方式只需设置进水控制闸门，从而降低了工程投资。第一讲管道输水灌溉工程技术的发展

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 6、国外管道输水灌溉技术发展现状及趋势管道输水灌溉具有成本低、节水明显、管理方便等特点，是世界上应用较为普遍的节水灌溉技术之一，已成为许多发达国家进行灌区技术改造的一个方向性技术措施。外一些国家从20世纪50年代以来，低压管道输水技术就已得到广泛的应用。特别是70年代以来，随着塑料管道的广泛应用，更加速了低压管道输水灌溉的推广。相应的制管新技术、水力学理论和结构设计方法日渐成熟，施工安装和运行管理都有成熟的经验。

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 世界灌溉发展

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 主要国家低压管道输水灌溉发展情况 1000hm2

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 美国在20世纪五十年代，为解决西部缺水和劳动力不足问题，就已较广泛应用低压管道输水灌溉系统进行地面灌溉。经过数十年的推广发展，低压管道输水灌溉面积占到总灌溉面积的一半以上。目前，干旱地区的英皮尔灌区、盐河灌区等比较先进的灌区，支渠以下的输水系统已大部分埋设地下管道，并设有排水系统，灌溉排水各成系统，灌水效率和灌溉效益都较高。如美国加州的圣华金河谷灌区气候干早，年平均降水量152~180mm，全灌区一半种棉花，其余种葡萄、甘蔗、玉米、苜蓿等作物，控制灌溉面积24.7万hm2，输水系统早已实现管道化，埋设地下管道总长度为1920km。平均每亩灌溉定额为400m3，管道输水效率达97％。

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 日本是较早实施管道化输水的国家之一。输水管道化经历了四个阶段，第一阶段为60年代前，开始在平原地区推行灌溉农渠管道化，一般通过水泵加压方式供水；第二阶段为70年代，支渠开始部分管道化，一般在平原和丘陵区进行；第三阶段：80-90年代，下游干渠开始管道化，截至1990统计，全日本发展输水渠（管）道180.5Km,其中输水管道占60.2%，明渠占39.8%；第四阶段：90年代以后，开始在国内小型灌区进行输水全部管道化，大型灌区在部分干渠开始管道化。日本的管道系统主要采用混凝土管、预应力混凝土管、石棉水泥管、铸铁管、钢管和强化塑料管。最大管径已达2000mm。为了有利于管道输水灌溉的实施，日本于1973年3月制定了输水管道的设计标准，1977年10月对该设计标准进行了修订。

第一讲管道输水灌溉工程技术的发展 经过十几年的进一步发展，目前世界发达国家最新的研究已将计算机技术、自动控制技术、信息技术、3S（GIS、RS、GPS）等技术应用于管道输水灌溉工程规划设计及管理，实现集信息采集—处理—决策—信息反馈—监控为一体的调度系统，低压管道输水灌溉技术正在朝着自动化、信息化、智能化方向发展；在管材开发中积极探索新的途径以降低管材生产成本，增强管材强度，增大管材口径，并向复合型材料方向发展。

第一讲低压管道输水灌溉工程技术的发展 7、国内低压管道输水灌溉技术发展现状我国自五十年代开始尝试低压管道输水灌溉技术的开发应用，进入80年代后，随着我国北方水资源供需矛盾的日益加剧和农村经济的发展，经过“七五”对关键技术的联合攻关，以井灌区为重点的低压管道输水灌溉技术得到迅速推广和应用。截至2008年底，全国管道输水面积8800万亩，占节水灌溉面积的29%。

管道输水面积8800万亩 占29% 喷灌面积4200万亩占14% 渠道防渗面积1.57亿亩，占51% 微灌面积1900万亩，占6% 截止2008年底，节水灌溉面积达到3亿亩，占灌溉面积的33％

第二讲管道输水工程的规划 8、管道输水工程的规划布局的原则 • 管道输水工程规划须与当地农业区划、农业发展计划、水利规划及农田基本建设规划相适应。 • 近期需要与远景发展规划相结合。 • 系统运行可靠。 • 运行管理方便。 • 综合考虑管道系统各部分之间的联系，取得最优化方案。

第二讲管道输水工程的规划 9、管道输水工程的规划内容 • 确定适宜的引水水源和取水工程的位置、规模及形式 • 论证管网类型、研究管网中管道线路的走向和布置 • 拟定可供选择的管材、管件、给水栓、保护装置、控制闸门等设施的系列范围

第二讲管道输水工程的规划 10、规划步骤 • 调查收集规划前所需要的资料，并应进行核实和分析。 • 进行水量平衡分析，确定管道输水灌溉区规模。 • 实地勘测并绘制规划区平面图，在图中标明沟、渠、路、林及水源的位置和高程等。 • 确定取水工程位置、范围和形式。 • 进行田间工程布置，确定管网形式和畦田规格。 • 根据管网类型，给水栓位置，选择适宜的管网线路，确定保护设施及其他附属建筑物位置， • 汇总管网各级管道长度、给水栓、保护设施、连接管件及其他附属建筑物的数量。 • 选择适宜的管材、给水分水装置及保护设施。 • 提供的规划成果。

第二讲管道输水工程的规划 11、规划所需基本资料基本资料的收集及有关技术参数的选用，是搞好工程系统规划的前提，要求做到准确可靠，必要时应对有关数据进行观测、试验和分析论证。资料包括：地形地貌、农业气象、灌溉水源、土壤及土壤特性、土地利用现状、水利工程设施状况、管材管件资料、社会经济等。

第二讲管道输水工程的规划 12、为何要重视管道布置 106m 179m 151m 132m 132m 158m 303m L1=1973m 151m 106m 187m 131.1m L2=1682m 184.1m 164m L1-L2=291m 可节省管道长度14.75% 164m

第二讲管道输水工程的规划 13、管网布置的方法管网布置的目标函数是年费用最低，各项技术经济指标处于较理想的数值。（1）方案分析法 • 方案分析方法的具体步骤是： • 综合分析原始资料，经过充分协商，初步选定若干个布置方案； • 进行不同布置方案的工程量、投资、年运行费计算和相关节水、省工、省电、省地等效益分析计算； • 分析确定优化布置方案； • 进行典型地块布置； • 进行全区工程总体布局。

第二讲管道输水工程的规划 13、管网布置的方法（2）经济布置法管道经济布置的具体方法是：首先根据图论理论，将水源至各给水栓之间用最短的管线连接起来，构成最小生成树，再采用费尔马点法进行修正，最后视条件情况决定是否采用环状管网。（3）管道布置优化的120°规划相比最小生成树法，120°规划更具优点，它可以求得各节点连接的最短路线，而不仅是相邻节点的最短连接，通过增加节点，使得该节点到相邻几点(一般为三点或四点)的矢量和为0 ，从而实各节点之间的最优化连接，确定管线布置。

井灌区的管网一般以单个井为单元进行布置。在井群统一管理调度情况下，也可以采用多井汇流方式，但应进行充分的技术经济论证。井灌区的管网一般以单个井为单元进行布置。在井群统一管理调度情况下，也可以采用多井汇流方式，但应进行充分的技术经济论证。渠灌区应根据地形条件、地块形状及水源位置和作物布局、灌溉要求等分区布置管网，尽量将供水压力接近的地块划分在同一分区。应根据水源位置（机井位置或管网入口位置）、地块形状、种植方向及原有工程配套等因素，通过比较，确定采用树状管网或环状管网。第二讲管道输水工程的规划 14、管道系统布置的基本原则

管网布置应满足田间灌水技术要求，在平原区，各级管道尽可能采用双向供水。管网布置应满足田间灌水技术要求，在平原区，各级管道尽可能采用双向供水。管网布置应力求控制面积大，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。管网布置应紧密结合水源位置、道路、林带、灌溉明渠和排水沟以及供电线路等，统筹安排，以适应机耕和农业技术措施的要求，避免干扰输油、输气管道及电讯线路等。布置管网时应充分利用已有的水利工程，如穿路倒虹吸和涵管等。第二讲管道输水工程的规划

管网级数，应根据系统灌溉面积（或流量）和经济条件等因素确定。在井灌区，当系统流量小于30m3/h时，可采用一级固定管道；系统流量在30~60 m3/h时，可采用干管（输水）、支管（配水）两级固定管道；系统流量大于60 m3/h时，可采用两级或多级固定管道。在渠灌区，目前主要在支渠以下采用管道输水灌溉技术，其管网级数一般分斗管、分管、引管三级。第二讲管道输水灌溉工程规划

管线布置应与地形坡度相适应。如地形平坦，为充分利用地面坡降，干（支）管应尽量垂直等高线布置；若在山丘区，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。田间末级管道，其走向应与作物种植方向一致，移动软管或田间垄沟垂直于作物种植行。管线布置应与地形坡度相适应。如地形平坦，为充分利用地面坡降，干（支）管应尽量垂直等高线布置；若在山丘区，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。田间末级管道，其走向应与作物种植方向一致，移动软管或田间垄沟垂直于作物种植行。给水栓和出水口的间距应根据生产管理体制、灌溉计划确定。在已确定给水栓位置的前提下，力求管道总长度最短。充分考虑管路中量水、控制和保护等装置的适宜位置。第二讲管道输水工程的规划

第二讲管道输水工程的规划 15、管网布置步骤根据管网布置原则，按以下步骤进行管网规划布置 (1) 分析确定管网类型。 (2) 确定给水栓的适宜位置。 (3) 确定管网中各级管道的走向与长度。 (4) 在纵断面图上标注各级管道桩号、高程、给水装置、保护设施、连接管件及附属建筑物的位置。 (5) 对各级管道、管件、给水装置等，列表分类统计

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