摘要：延庆县作为京郊山区农业县，农业的发展在很大程度上依赖于灌溉。发展节灌，改变干旱山区“干旱缺水”造成农民收入减少的局面，建立节水型社会，必须以水利基础设施建设作后盾，从改变设施，改变灌水方法，改变节水思路为出发点，大幅度提高农业水利用率和田间单方净耗水量的农作物产出率是我们工作的出发点和落脚点。国家大力倡导农民进行农业结构调整，而我县可利用水资源相对短缺的情况，成为制约农业发展与增加农民收入的主要因素。解决缺水问题，减少耗水作物，发展高效农业，就需要高起点、高标准、高效益的节水灌溉工程。
关键词：自压管道 灌溉系统 灌区 节水改造
白河堡水库灌区是北京市十大灌区之一，灌区内有输水干渠4条，总长度92.12公里，控制灌溉面积32.4万亩，是延庆县最大的自流灌区。灌区原规划支渠82条，1998年前建成43条，全部都是浆砌石或砼衬砌渠道。由于衬砌渠道有输水损失大、占地多、对地形起伏变化适应能力差、受冻胀影响变化大、维修管理困难、使用寿命短等多方面的缺陷，因而从1998年至2002年白河堡水库灌区进行节水改造时，我局根据干渠大部分渠段都在高处与田间落差大，适合自压管道输水灌溉这一特点，在支渠建设中，改变传统的衬砌渠道方式，配套自压管道灌溉系统，在节水、节能、节地、省工、便于管理等方面取得较好的效果。实践证明，自压管道灌溉系统是一项值得在灌区节水改造中推广应用的技术。
1．自压管道灌溉系统的机理和组成
1．1自压管道灌溉系统的机理
自压管道灌溉系统就是利用地形的自然高差形成的压力水头，通过管道输水到田间的节水灌溉系统。它突出的特点就是充分利用自然压差，形成压力管道系统，不需要消耗电能就可配套低压管道灌溉、喷灌、滴灌等节水灌溉设施。
1．2自压管道灌溉系统的组成
自压管道灌溉系统包括：水源、首部枢纽（拦污栅、闸门、量水设备、输水渠或管、沉沙池和压力池）、输水管网系统、田间灌溉系统。
首部枢纽的作用主要是保证有足够的水量供应，同时，保证水质清洁，避免管网堵塞。
2．自压管道灌溉系统的规划和设计
2．1需要收集的基本资料
自压管道灌溉系统规划设计之前，必须收集以下基本资料，作为设计的依据。
1 地形地貌；地理位置
灌区内地理位置基本地形和地貌要在局部地形图上标出，并绘出管网的走向及有关设施的位置。
2 气象
灌区内的多年降水量、蒸发量、主风向及风速，最高、最低、平均气温，无霜期的长短 ，日照小时数。
3 土壤特性
土壤质地，耕层厚度，养分状况。
4灌区内主要作物分布
灌区总面积，农作物种类，种植比例，各种作物的种植面积。
5经济情况
规划区内人口，劳动力，耕地面积，产量，人均收入，交通状况。
6管道材料
管道材料性能，生产厂家，管材类型。
2．2系统设计内容
自压管道输水灌溉工程设计主要包括八个方面的内容。
1确定管道长度及走向，并绘制管道纵断面图。
2灌溉制度的制定。计算灌水定额，灌水周期。
3水量平衡分析。根据灌溉面积确定供需水量。
4管道布局。确定管网的走向、管道各段的长度。
5确定灌溉方式、灌溉工作制度。
6管道水力计算。确定管网入口的工作压力、管道水头损失、管径的大小；管道内流速校核。
7工程概算。
8经济效益分析。
2．3系统管网布置及灌溉制度的确定
1管网布置
管网布置的合理与否，对工程投资、运行状况和管理维护有很大影响。一般管道布置应遵循以下原则。
ⅰ、充分利用压力水头。
ⅱ、力求管道总长度短、管线平直，减少折点和起伏。
ⅲ、灌区内田间固定管道的长度宜为6－10米/亩。
ⅳ、支管道走向宜平行于作物种植方向。支管间距单向控制时不应大于75米，双向控制时不应大于150米。
2灌溉制度的确定
灌溉制度是根据作物生育期内一定的气候、土壤和耕作技术条件为获得高产稳产进行适时适量灌水的一种制度。其内容包括灌水定额、灌溉定额、灌水时间及次数。
ⅰ、灌水定额的确定
在管网设计中，采用作物生育期内各次灌水量中最大的一次作为设计灌水定额。对于种植不同作物的灌区，通常采用设计时段内主要作物的最大灌水定额作为设计灌水定额。
一般灌水上限按田间持水量的85～95%计算，下限按田间持水量的55～65%计算。
灌水定额按式2—3—1计算。
2—3—1
式中： 
—设计灌水定额，mm、m3／亩；
—计划湿润层深度，cm；
—田间持水率；
1、 
2—土壤适宜含水量上、下限；
土、 
水—计划湿润层土壤干容重、水容重，t／m3。
ⅱ、灌水周期的确定
根据灌水临界期作物最大日需水量值，按式2—3—2计算理论灌水周期。因为，实际灌水中可能会出现停水、配水设备故障等原因，故设计灌水周期应小于理论灌溉周期。
t理=m／ea＞t设 2—3—2
式中：t理—理论灌水周期，d（天）；
ea—控制区内作物最大日需水量，mm／d；
t设—设计灌水周期，d（天）；
m—同前。
控制区内种植不同作物时，按式2—3—3求权法计算理论灌水周期。
2—3—3
式中：t理、m—同前；
a—系统设计灌溉总面积，亩；
eai、ai—设计时段内不同作物最大日需水量、作物种植面积，mm／d、亩。
ⅲ、灌水设计流量的确定
根据灌水定额、灌溉面积、灌水周期、每天工作的时间和灌溉水利用系数计算灌溉设计流量。用式2—3—4计算。
2—3—4
式中 
设—灌溉设计流量，m3／h；
m、a、t—同前；
—灌溉水利用系数，一般取0.80－0.90；
t—每天工作的时间，h，一般取15－20h
ⅳ、水量供需平衡分析
水量供需平衡按式2—3—5计算。
q供＞q需 2—3—5
式中：q供—水源供给水量，m3；
q需—灌溉需水量，m3。
为了达到规划区内节水增产的目的，应采用先进的节水灌溉技术，减少灌水定额。当出现供水量小于需水量时，应开辟新的水源。无新水源时应重新调整作物结构布局或减少灌溉面积。
3灌溉工作制度
传统灌溉方式是续灌和轮灌相结合的方法，即：支管之间采用轮灌，支管内采用续灌。
ⅰ、系统轮灌组数目的确定，用式2—3—6计算
n=int（nq／q设） 2—3—6
式中：n—系统轮灌组数；
n—系统出水口总数；
q—出水口的出水量，m3／h；
int—取整符号；
q设—同前。
ⅱ、出水口实际出水量计算，按式2—3—7计算
q=nq设／n 2—3—7
式中：所有符号同前。
ⅲ、同时工作出水口数目的确定，按式2—3—8计算
x=int（n／n） 2—3—8
式中：x—同时工作的出水口数
其它符号同前。
ⅳ、每个轮灌组工作时间，按式2—3—9计算
tn=t／n 2—3—9
式中：tn—每个轮灌组工作时间，h；
t、n—同前。
2．4水力计算
1管网各级管道的流量计算
在管网管道流量计算时，采用自下而上的方式推求各管段的流量。
ⅰ、支管流量的确定
根据轮灌组及出水口的水量，同时工作的出水口数，计算支管道的流量。
2—4—1
式中： 
支—支管进口流量，m3／h；
—支管控制的出水口数；
—同前。
ⅱ、干管流量的确定
干管内的水量是同时工作支管水量的总和。即：
2—4—2
式中： 干—干管进口流量，m3／h；
干—干管控制支管数；
支—同前。
2管网水力计算
ⅰ、给水栓工作水头
在采用移动软管灌溉系统中，一般软管直径为φ50～φ100，长度不超过100米。此时给水栓工作水头用式3—4—3计算。
hg=hyf+△hgy+（0.2～0.3） 2—4—3
式中：hg—给水栓工作水头，m；
hyf—移动软管沿程水头损失，m；
△hgy—移动软管出口与给水栓出口高差，m。
当给水栓直接配水入渠道时：hg=0.2～0.3，m。
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