低压管道输水技术.doc

低压管道输水技术
4.1概述
管道输水灌溉是以管道代替明渠输水灌溉的一种工程形式，水由分水设施输送到田间。直接由管道分水口分水进人田问沟输水进入田间沟、畦。管道输水有多种使用范围，大中型灌区可以采用明渠水与管道有压输水相结合，有专门为喷灌供水的压力输水管道，还有为田间沟畦灌的低压管道输水。本章主要介绍工作压力低于0.2MPa.，自成独立灌溉系统的低输水。管道输水灌溉的特点是出水口流量大，出不会发生堵塞，仍属地面灌溉技术。
4.1.1管道输水特点
（一）节水节能
管道输水可减少渗漏损失和蒸发损失，与土垄沟相比，管道输水损失可减少5％，水的利用率比土渠提高了30％～40％，比混凝土等衬砌方式节水5％～15％。对机井灌区，节水就意味着降低能耗。
（二）省地、省工
用土渠输水，田间渠道用地一般占灌溉面积的1％～2％，有的多达3％～5％，而管道输水只占灌溉面积的0.5％，提高了土地利用率。同时管道输水速度快，避免了跑水漏水现象，缩短了灌水周期，节省了巡渠和清淤维修用工。
（三）投资小、效益高
管灌投资较低，一般每亩在100～300元。同等水源条件下，由于能适时适量灌溉，满足作物生长期需水要求，因而起到增产增收作用。
（四)适应性强
压力管道输水，可以越沟、爬坡和跨路，不受地形限制，施工安装方便，便于群众掌握，便于推广。配上田间地面移动软管，可解决零散地块浇水问题，适合当前农业生产责任制形式。
4.1.2管道输水系统的组成
管道输水灌溉系统由水源与取水工程部分、输水配水管网系统和田间灌水系统3部分组成，见图4-1。
（一）水源与取水工程
管道输水灌溉系统的水源有井、泉、沟、渠道、塘坝、河湖和水库等。水质应符合《农田灌溉用水标准》，且不含有大量杂草、泥沙等杂物。
井灌区的取水工程应根据用水量和扬程大小，选择适宜的水泵和配套动力机、压力表及水表，并建有管理房。自压灌区或大中型提水灌区的取水工程还应改进水闸、分水闸、拦污栅及泵房等配套建筑物。
（二）输水配水管网系统
输配水管网系统是指管道输水灌溉系统中的各级管道、分水设施、保护装置和其他附属设施。在面积较大灌区，管网可由干管、分干管、支管和分支管等多级管道组成。
（三）田间灌水系统
田间灌水系统指出水口以下的田间部分，它仍属地面灌水，因而应采取地面节水灌溉技术，达到灌水均匀并减小灌水定额的目的。

图4-1 灌溉管道系统组成图
4.1.3管道输水系统的分类
管道输水系统按其压力获取方式、管网形式、管网可移动程度的不同等可分为以下类型。
（一）按压力获取方式分类
按压力获取方式不同可分为机压输水系统和自压输水系统。
1．机压(水泵提水)输水系统
它又分为水泵直送式和蓄水池式。当水源水位不能满足自压输水要求时，要利用水泵加压将水输送到所需要的高度或蓄水池中，通过分水口或管道输水至田间。目前，井灌区大部分采用直送式。
2．自压输水系统
当水源较高时，可利用地形自然落差所提供的水头作为管道输水所需要的工作压力。在丘陵地区的自流灌区多采用这种形式。
（二）按管网形式分类
按管网形式不同可分为树状网和环状网两种类型。
1．树状网
管网呈树枝状，水流通过“树干”流向“树枝”，即从干管流向支管、分支管，只有分流而无汇流，见图4-2(a)。

图4-2 管网系统示意图
(a)树状管网 (b)环状管网
2．环状网。管网通过节点将各管道连接成闭合环状网。根据给水栓位置和控制阀启闭情况，水流可作正逆方向流动，见图4-2(b)。
目前国内低压管道输水灌溉系统多采用树状网，环状网在一些试点地区也有应用。
（三）按固定方式分类
低压管道输水灌溉系统按固定方式可分为移动式、半固定式和固定式。
1．移动式。除水源外，管道及分水设备都可移动，机泵有的固定，有的也可移动，管道多采用软管，简便易行，一次性投资低，多在井灌区临时抗旱时应用。但是劳动强度大，管道易破损。
2．半固定式。其管道灌溉系统的一部分固定，另一部分移动。一般是水源固定，干管或支管为固定地埋管，由分水口连接移动软管输水进入田间。这种形式工程投资介于移动式和固定式之间，比移动式劳动强度低，但比固定式管理难度大，经济条件一般的地区，宜采用半固定式系统。
3．固定式。管道灌溉系统中的水源和各级管道及分水设施均埋入地下，固定不动。给水栓或分水口直接分水进入田间沟、畦，没有软管连接。田间毛渠较短，固定管道密度大，标准高。这类系统一次性投资大，但运行管理方便，灌水均匀。有条件的地方应逐渐推行这种形式。
4.2低压管道灌溉工程管材及附件
4.2.1管材
管材是低压管道输水灌溉系统的重要组成部分，其投资比重一般约占工程总投资的70～80％，直接影响到管灌工程的质量和造价。
（一）技术要求
1．能承受设计要求的工作压力。管材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。
2．管壁要均匀一致，壁厚误差应不大于5%。
3．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％。
4．满足运输和施工的要求，能承受一定的局部沉陷应力。
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。
6．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。
7．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。
8．当输送的水流有特殊要求时，还应考虑对管材的特殊需要。如灌溉与饮水结合的管道，要符合输送饮用水的要求。
（二）选择方法
在满足设计要求的前提下综合考虑以下积极因素进行管材选择：①管材管件的价格；②施工费用，包括运输费用、当地劳动力价值、施工辅助材料及施工设备费用；③工程的使用年限；④工程维修费用等。
在经济条件较好的地区，固定管道可选择价格相对较高但施工、安装方便及运行可靠的硬PVC管；移动管道可选择涂塑软管。在经济条件较差的地区，可选择价格低廉的管材。如固定管可选素混凝土管、水泥砂土管等地方管材；移动管道可选择塑料薄膜软管。
在水泥、砂石料可就地取材的地方，选择就地生产的素混凝土管较经济。在缺乏或远离砂石料的地方，选择塑料管则可能是经济的。另外，选择管材还要考虑应用条件及施工环境的特殊要求。在管道有可能出现较大不均匀沉陷的地方，不宜选择刚性连接的素混凝土管，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；在矿渣、炉渣堆积的工矿区附近，可利用矿渣、炉渣就地生产水泥预制管，这样，既发展了节水灌溉，又有利于环境保护；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。
总之，管材选择要遵循经济实用、因地制宜、就地取材、减少运输、方便施工的原则。同时还应考虑生产厂家的生产能力和信誉，以避免不必要的纠纷。
（三）井灌区管材的选择
目前井灌区低压管道输水工程所用管材，主要有塑料管、预制素混凝土管以及现场连续浇筑混凝土管等。
(1)塑料管。硬塑料管具有性能质量稳定、重量轻、易搬运、内壁光滑、耐腐蚀、能适应一定的不均匀沉陷、施工安装方便等优点，埋在地下寿命至少20年以上，是一种值得提倡采用的管材。井灌区低压管道输水灌溉工程常用的硬塑料管有普通聚氯乙烯(PVC)管、聚乙烯(PE)管、聚丙烯(PP)管、双壁波纹管和加筋聚氯乙烯管等。硬管道输水灌溉工程中，可优先选用PE管材。另外，PE管材由于耐低温性能优于硬聚氯乙烯(PVC—U)，且质地较软，因此在高寒地区低压输水中应用较多。
聚丙烯管材是以聚丙烯树脂为基料，加入其他材料，经挤出成型而制成的性能良好的共聚改性管材。这种管材的性能、适用条件与高密度聚乙烯混合炭黑(HDPE)管类似。
(2)水泥类预制管。水泥类预制管种类很多，用于井灌区的主要为素水泥预制管材，它是用立式制管机作为主要制管工具，以砂、土、石屑、炉渣等作为主要配料挤压而成的。常用的有水泥砂管、水泥砂土管、水泥土管、水泥石屑管、水泥炉渣管等，其规格见技术标准参见水利部标准SL／T98—1994。这类管材水泥用量少，在有原材料来源的地方，可就地生产，因此造价低廉，但施工安装中管道接头多，施工速度慢，劳动强度大，安装技术要求高，接头处质量不易保证，容易漏水。
(3)现场连续浇筑混凝土管。现场连续浇筑混凝土管是在施工现场挖好的沟里直接浇成型的混凝土管。这种方法无接头处理工序，无运输、搬运损坏等问题，但非专业施工压现场浇筑时，其质量难以控制。
塑料管各地都有成品出售，一般每节长4～6m，根据需要也可适当加长。产品规格可参考有关资料。
目前，国内生产的可用于管道输水灌溉的PVC管材种类较多，应根据当地条件选择。使用压力和口径较大时，选用加筋PVC管通常比普通PVC管更经济。当压力较低时，导致管道破坏的因素往往不是内水压力，而是外刚度不足，此时选用双壁波纹管较适宜。施工条件好，管沟挖填能严格控制，亦可选用薄壁PVC管。在地形复杂、施工条件较差的丘陵区，应选用压力稍高、外刚度较大的管材。
聚乙烯(PE)管材由于不含有毒的氯，更适于输送饮用水，因而在与饮水相结合的
（四）渠灌区大口径管材的选择
渠灌区由于具有控制面积大、输水流量大、输配水系统层次多、地形复杂、线路长、管网水压力分布复杂等特点，因此在管材选择上要充分考虑其特点。其中，中小口径的管材选择与井灌区基本一致；大口径管材和管件国内目前主要以各类预制管为主，如自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管、石棉水泥管、素混凝土管、钢丝网水泥管等；部分使用塑料管，如双壁波纹管、大口径双壁螺旋塑料管、HDPE螺旋管等。
(1)自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管具有良好的抗渗性和耐久性，连接形式采用橡胶圈密封的承插子母口，施工安装比较简单。因受其材料力学性能和制造工艺的限制，自应力钢筋?昆凝土管适用于较小的管径(最大800mm)，预应力钢筋混凝土管适用于较大的管径(最大2000mm)。有关两种管材的规格及技术指标参见国标GB 4084—83和GB 5695—85。
(2)石棉水泥管以石棉和水泥为原料经制管机制成。与其他水泥混凝土管相比，石棉水泥管具有重量轻、耐腐蚀、承压能力高、便于搬运和铺设、内外壁光滑、切削钻孔加工容易、施工简单等优点，但抗冲击、抗碰撞能力差，价格稍高。目前生产的石棉水泥管承压能力较高，管径一般小于500mm，主要用于喷灌系统。因此，在渠灌区可利用其具有较高的承压能力的优点，用于输水压力较高的管段。同时，应与生产厂家协商，通过改变配方，适当降低承压能力，从而使价格降低。
(3)大口径素混凝土管主要特点是价格低廉、承压低，因此在渠灌区输水压力低、地形平坦的管段以及平原河网提水灌区可优先选用。钢丝网水泥管在管体中因加入了钢丝网骨架，其承压能力比素混凝土管要高，或相同压力下壁厚减薄，管体重量比素混凝土管小，因此在渠灌区具有一定的应用价值。
(4)硬聚氯乙烯双壁波纹管材按压力等级分为无压、0.20MPa、0.40MPa三个级别，在管道输水灌溉系统主要采用0.20MPa和0.40MPa两个系列，目前最大管径可达1000mm。
(5)大口径双壁螺旋塑料管以高密度聚乙烯树脂为主要原料，经挤出缠绕成型。根据使用要求，其性能特点为，满足低压输水并具备足够的刚度以适应埋地运行。在国内，大口径双壁螺旋塑料管的规格已形成系列，最大管径可达600inm，完全可以满足渠灌区输水的需要。
(6)大口径肋式卷绕管是用聚氯乙烯或高密度聚乙烯混合炭黑采用热压法形成带T形肋的板材，然后在卷管机上制成螺旋管，通过快速锁定机械连接方式和机械焊接，并用粘合剂加固成形的塑料螺旋管。按板带材的不同宽度，可卷制成不同直径的管材。宽度较小的，适用于卷制小口径的管材；宽度较大的，适用于卷制较大口径的管材。
此外，渠灌区也可考虑采用夹砂玻璃钢管、钢管和铸铁管，但需进行详细的技术经济论证。
（五）地面移动管道的选择
地面移动管道通常采用轻便柔软易于盘卷的软管。软管按其生产材料可分为聚氯乙烯塑料软管、涂胶软管、橡胶管、橡塑管等。低压管道输水灌溉系统中用得最多的是聚氯乙烯塑料软管和涂塑软管。
聚乙烯塑料软管也称聚乙烯薄膜塑料软管，现在低压管道输水灌溉系统中应用的聚乙烯塑料软管主要是线性低密度聚乙烯塑料软管(LLDPE塑料软管)。
涂塑软管是用锦纶纱、维纶纱或其他强度较高的材料织成管坯，内外壁或内壁涂敷聚氯乙烯(PVC)或其他塑料制成。根据管坯材料的不同，涂塑软管分为锦纶塑料软管、维纶塑料软管等种类。涂塑软管将锦(维)纶管坯的耐压强度高、塑料内外壁的不透水性及水力性能好的特点结合在一起，大大提高了管材的工作压力，使用寿命可达3～4年。
选择时要求管材壁厚均匀，表面光滑平整，没有断线、抽筋、松筋、内外槽、脱胶、气孔和涂层夹杂质等缺陷。
4.2.2管道附属设施
管道附属设施是指管道安全运行并实施科学管理的装置，包括给水装置、保护装置和量测设施等。
（一）给水装置
给水装置是连接三通、立管、给水栓(或出水口)的统称。通常所说的给水装置一般是指出水口或给水栓。出水口是指把地下管道系统的水引出地面进行灌溉的放水口，它一般不能连接地面移动软管；能与地面移动软管连接的出水口称给水栓。给水栓各地有定型产品，可根据需要选用，也有自行制造的。给水栓要坚固耐用、密封性能好、不漏水、软管安装拆卸方便等。
1．给水装置分类。给水装置有多种分类方法，按阀体结构分为移动式、半固定式、固定式三类：
（1）移动式给水装置也称分体移动式给水装置，它由上、下栓体两大部分组成。其特点是：①止水密封部分在下栓体内，下栓体固定在地下管道的立管上，下栓体配有保护盖出露在地表面或地下保护池内；②系统运行时不需停机就能启闭给水栓、更换灌水点；③上栓体移动式使用，同一管道系统只需配2～3个上栓体，投资较省；④上栓体的作用是控制给水、出水方向。常用移动式给水栓有平阀型和球阀型几种型号，如GY系列给水栓。如图4-3，4-4，4-5，4-6所示。

图4-3 G2Y1一G型平板阀移动式给水栓
1－阀杆；2－上栓壳；3－连接装置；
4－下栓壳；5－填料；6－销钉；
7－阀瓣；8－密封胶垫

图4-4 C2Y2－H型系列平板阀移动式给水栓半固定式出水口
1－上栓体；2－插座；3－密封胶垫
4－橡胶活舌；5－立管

A型
图4-5 G1Y5一S型球阀移动式给水栓
1－操作杆；2－快速接头；3－上栓壳；
4－密封胶圈(垫)；5－下栓壳；
6－浮子；7－连接管

B型
图4-6 G3Y5－H型球阀移动式给水栓
l－操作杆；2－上栓壳；
3－下栓壳；4－预埋螺栓
5－立管；6－三通；
7－地下管道；8－球篮；
9－球阀；10－底盘；
11－固定挂钩

图4-7 C287－H型丝堵半固定式出水口
1－丝堵；2－弯头；3－密封胶垫
4－法兰立管；5－地下管道

图4-8 C2G7－S／N型丝盖固定式出水口
l－砌砖；2－放水管；3－丝盖；
4－立管；5－混凝土固定墩；
6－硬PVC三通

图4-9 C7G7－N型丝盖固定式出水口
(a)外丝盖式；(6)内丝盖式
1－混凝土立管；2－出水横管；3－密封胶垫；4－止水盖

图4-10 G2G1－G型平板阀固定式给水栓
1－操作杆；2－出水口；3－上密封面；
4－下密封面；5－阀瓣；
6－下游管道进水口；
7－上游管道进水口

图4-11 G2G1－G型平板阀固定式给水栓安装示意图
1－出水口；2－阀杆；
3－进水口(接上游的管道)；
4－接下游的管道
（2）半固定式给水装置的特点是：①一般情况下，止水、密封、控制、给水于一体，有时密封面也设在立管上；②栓体与立管螺纹连接或法兰连接，非灌溉期可以卸下室内保存；③同一灌溉系统计划同时工作的出水口必须在开机运行前安装好栓体，否则更换灌水点时需停机；④同一灌溉系统也可按轮灌组配备，通过停机而轮换使用，不需每个出水口配一套，与固定式给水装置相比投资较省。如螺杆活阀式给水栓、LG型系列给水栓、球阀半固定式给水栓等。如图4-7所示。
（3）固定式给水装置也称整体固定式给水装置，其特点是：①止水密封、控制给水于一体；②栓体一般通过立管与地下管道系统牢固地结合在一起，不能拆卸；③同一系统的每一个出水口必须安装一套给水装置，投资相对较大。如丝盖式出水口、地上混凝土式给水栓、自动升降式给水栓等。如图4-8，4-9，4-10所示。
2．给水装置的选用原则：
（1）应选用经过专家鉴定并定型生产的给水装置。
（2）根据设计出水量和工作压力，选择的规格应在适宜流量范围内，且局部水头损失小。
（3）密封压力满足低压管道输水灌溉系统设计要求。
（4）在低压管道输水灌溉系统中，给水装置用量大，使用频率高，长期置于田间，因此在选用时还要考虑耐腐蚀、操作灵活、运行管理方便等因素。
（5）根据是否与地面软管连接来选择给水栓或出水口；根据保护难易程度选择移动式、半固定式或固定式。
（二）安全保护装置
管道输水灌溉系统的安全保护装置主要有进（排）气阀、安全阀、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。
(1)进(排)气阀。进(排)气阀按阀瓣结构分为球阀式、平板式进(排)气阀两大类。其工作原理是管道充水时，管内气体从进(排)气口排出，球(平板)阀靠水的浮力上升，在内水压力作用下封闭进(排)气口，使进(排)气阀密封而不渗漏，排气过程完毕。管道停止供水时，球(平板)阀因虹吸作用和自重而下落，离开球(平板)口，空气进入管道，破坏了管道真空或使管道水的回流中断，避免了管道真空破坏或因管内水的回流BI起的机泵高速反转。
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。
(2)安全阀。安全阀是一种压力释放装置，安装在管路较低处，起超压保护作用。低压管道灌溉系统中常用的安全阀按其结构形式可分为弹簧式、杠杆重锤式。
安全阀的工作原理是将弹簧力或重锤的重量加载于阀瓣上来控制、调节开启压力(即整定压力)。在管道系统压力小于整定压力时，安全阀密封可靠，无渗漏现象；当管道系统压力升高并超过整定压力时，阀门则立即自动开启排水，使压力下降；当管道系统压力降低到整定压力以下时，阀门及时关闭并密封如初。
安全阀在选用时，应根据所保护管路的设计工作压力确定安全阀的公称压力。由计算出的定压值决定其调压范围，根据管道最大流量计算出安全阀的排水口直径，并在安装前校订好阀门的开启压力。弹簧式、杠杆重锤式安全阀均适用于低压管道灌溉系统。
安全阀一般铅垂安装在管道系统的首部，操作者容易观察到，并便于检查、维修，也可安装在管道系统中任何需要保护的位置。图4-12、图4-13是两种常见的安全阀。

（A）

（B）
图4-12 A3T－G型弹簧式安全阀
l－调压螺栓；2－压盖；3－弹簧；4－弹簧壳室；5－阀壳室；
6－阀瓣；7－导向套；8－弹簧支架；9－法兰管

图4-13 A1T－G型弹簧式安全阀
l－调压螺栓；2－弹簧壳室
3－弹簧；4－阀瓣室；
5－阀瓣；6－阀座管
(3)调压管。调压管又称调压塔、水泵塔、调压进(排)气井，其结构型式见图4-14。其作用是当管内压力超过管道的强度时，调压管自动放水，从而保护管道安全。可代替进(排)气阀、安全阀和止回阀。调压管(塔)有2个水平进、出口和1个溢流口，进口与水泵上水管出口相接，出口与地下管道系统的进水口相连，溢流口与大气相通。

图4-14 调压管(塔)的结构示意图
(a)调压管；(b)调压进(排)气井；(c)水泵塔
1－水泵上水管；2－溢流口；3－调压管(调压进(排)气井、水泵塔)
4－地面；5－地下管道
调压管(塔)设计时应注意以下几个问题：
1)调压管(塔)溢流水位应不大于系统管道的公称压力。
2)为使调压管(塔)起到进气、止回水作用，调压管(塔)的进水口应设在出水口之上。
3)调压管(塔)的内径应不小于地下管道的内径。为减小调压管(塔)的体积，其横断面可以在进水口以上处开始缩小，但当系统最大设计流量从溢流口排放时，在缩小断面处的平均流速不应大于。
4)水源含沙量较大时，调压管(塔)底部应设沉沙池。
5)调压管(塔)的进水口前应装设拦污栅，防止污物进入管道。
(4)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、截止阀以及结合低压管道系统特点研制的一些专用控制装置等。闸阀和截止阀大部分是工
业通用产品。管道输水灌溉系统常用的工业阀门主要是公称压力不大于1.6MPa的闸阀和截止阀，主要作用是接通或截断管道中的水流。
（三）计量设备。
为实现计划用水，按量计征水费，促进节约用水，在管道输水系统中安装量水设备。我国目前还没有专用的农用水表，在管道输水灌溉系统中通常采用工业与民用水表、流量计、流速仪、电磁流量计等进行量水。井灌区常用的量水设备为水表，水表可以累计用水量，量水精度可以满足计量需求，且牢固耐用，便于维修。在选用水表时，应遵循以下原则：
1)根据管道的流量，参考厂家提供的水表流量一水头损失曲线进行选择，尽可能使水表经常使用流量接近公称流量。
2)用于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。
3)水平安装时，选用旋翼式或水平螺翼式水表。
4)非水平安装时，宜选用水平螺翼式水表。
4.3低压管道灌溉工程规划与设计
4.3.1管网布置系统
管网系统布置是管道输水工程设计的关键内容之一。一般管网工程投资占管道系统总投资的70%以上。管网系统布置的合理与否，对工程投资、运行和管理维护都有直接的影响。因此，应从技术、经济和运行管理等方面，对管网系统的布置方案应进行充分、科学的论证比较，选择最佳的方案。
（一）管网系统布置的原则
1．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，也可采用多井汇流管网系统，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。
2．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。
3．管网布置应满足地面灌水技术指标的要求，在平原区，各级管道尽可能采用双向供水。
4．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。
5．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，避免于扰输油、输气管道及电信线路等。
6．管网布置时应尽量利用现有的水利工程，如穿路倒虹吸和涵管等。
7．管道级数，应根据系统灌溉面积(或流量)和经济条件等因素确定。井灌区早作物区，当系统流量小于30m3／h时，可采用一级固定管道；系统流量在30～60m3／h时，可采用于管(输水)、支管(配水)两级固定管道；系统流量大于60m3／h，可采用两级或多级固定管道。渠灌区，目前主要在支渠以下采用低压管道输水灌溉技术，其管网级数一般为斗管、分管、引管三级。
对于渗透性强的砂质土灌区，末级还应增设地面移动管道。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。
8．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，移动软管或田问垄沟垂直于作物种植行。
9．给水栓和出水口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。，单向浇地取较小值，双向浇地取较大值。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。
10．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。
11．充分考虑管路中量水、控制和安全保护装置的适宜位置。渠灌区、丘陵自压灌区、河网提水灌区的取水工程根据需要可设置进水闸、分水闸、拦污栅、沉砂池。
（二）管网规划布置的步骤
根据管网布置原则，按以下步骤进行管网规划布置：
1．根据地形条件分析确定管网形式。
2．确定给水栓的适宜位置。
3．按管道总长度最短布置原则，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。
（三）管网布置形式
1．井灌渠管网典型布置形式
井灌渠管网布置形式常见以下几种，如图4-15和4-16所示。

图4－15 给水栓向一侧分水示意图(一)(单位：m)
(a)圭字形布置；(b)Ⅱ形布置

图4－16 给水栓向一侧分水示意图(二)(单位：m)
(a)单环形布置；(b)双环形布置
（1）机井位于地块一侧，控制面积较大且地块近似成方形，可布置成图4-17、图4-18、图4-19所示的形式。这些布置形式适合于井出水量60～100m3／h、控制面积10～20hm2。地块长宽比约等于1的情况。
（2）机井位于地块一侧，地块呈长条形，可布置成“一”字形、L形、T形，如图4-17～图4-19所示。这些布置形式适合于井出水量20～40m3／h，控制面积3～7hm2，地块长宽比不大于3的情况。

图4-17 给水栓向两侧分水示意图
(a)圭字形布置；(b)Ⅱ形布置

图4-18 “一”字形布置

图4-19 “L” 形布置 图4-20 “T”形布置

图 4-21 “H” 形布置
（3）机井位于地块中心时，常采用图4-21所示的H形布置形式。这些布置形式适合于井出水量40～60m3／h、控制面积7～10hm。地块长宽比不大于2的情况。当地块长宽比大于2时，宜采用图4-22所示的长“一”字形布置形式。

图4-22 长“一”字形布置形式
2．渠灌区管网典型布置形式
渠灌区管灌系统主要采用树枝状管网，影响其具体布置的因素有：水源位置及其与管灌区的相对位置，控制范围和面积大小及其形状，作物种植方式、耕作方向和作杉根据地形特点，以下介绍三种典型渠灌区
（1）图4-23为梯田管灌系统树枝状管网的布置形式。由于管灌区地形坡度陡，因此置干管沿地形坡度走向，即干管垂直等高线布置。这样干管可双向布置支管，支管均沿田地块方向，平行等高线布置。每块梯田布置一条支管，各自独立由干管引水。支管上给水栓或出水口只能单向向输水垄沟或闸孔管输水，对畦、沟则可双向进行灌溉。

图4-22梯田管灌区布置 图4-24山丘区管灌辐射树枝状布置
（2）图4—24为山丘区提水渠灌区管灌系统呈辐射树枝状管网的布置形式。该管灌区地形起伏，坡度陡，水源位置低，故需建泵站提水加压，经干管(为泵站压力水管)、支管输水，由于干管实际上是泵站的扬水压力管道，因此必须垂直等高线布置，以使管线最短。支管平行于等高线布置，但要注意，既要使管线布置顺直，少弯折，也要考虑尽量减少土方量，减轻管线挖填强度，同时因地形起伏，故布置斗管以辐射状由支管给水栓分出，并沿山脊线垂直等高线走向。斗管上布置出水口给水栓，其平行等高线双向配水或灌水浇地。
（3）图4-25为平坦地形，管灌区控制面积大，并有均一坡度情况下的典型树枝状管网布置形式，其管网由三级地埋暗管组成，即斗管、分管和引管。田间灌水可采用输水垄沟或地面移动软管，由引管引水。由于该类管灌区地形既有纵向坡度，又有横向坡度，而且地形坡度总趋势纵横均为单一比较均匀地向下游的坡向，因此管网只能单向输水和配水。

图4-25 典型数枝管网布置梯田管灌区布置
3．丘陵区管网的布置
（1）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。该灌溉系统由水源、机泵、管路系统、田间工程4部分组成，工作压力一般在0.2～0.4MPa之间，灌溉面积的确定要遵循“以供水能力确定面积”的原则。管网布置形式有树枝形、马鞍形、鱼骨形等。干管较长，一般在1000m左右，垂直于等高线布置；支管沿等高线布置。
（2）丘陵区自流管道输水灌溉系统。自渠道取水时，干管(一级管)尽量沿山脊或中间高顺坡布置，支管(二级管)尽量沿等高线布置；直接自水库、引水坝取水的，干管尽量沿等高线布置，支管尽量沿山脊或中间高布置。支管间距一般为100～200m。
4．河网提水灌区管网的布置
河网提水灌区管灌系统的泵站大多位于河、沟、渠的一边，这就决定了河网提水灌区管灌系统主要有以下两种布置形式。
（1）梳齿式。如图4-26(a)所示，干管沿河(沟)岸布置，支管垂直于干管排列，形成二级管网。
（2）鱼骨式。如图4-26(b)所示，干管垂直河(沟)岸，支管垂直于干管，沿河沟方向布置。

图4-26 河网提水灌区管网布置示意图
(a)梳齿式 (b)鱼骨式
4.3.2工程设计
（一）灌溉制度与工作制度
1．设计灌水定额
灌水定额是指单位面积一次灌水的灌水量或水层深度。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。小麦、棉花和玉米不同生育期灌水湿润层深度和适宜含水率可参考表4-1。
表4-1 土壤计划湿润层深度和适宜含水率表
冬 小 麦
棉 花
玉 米
生育阶段
h (cm)
土壤适宜含水率(%)
生育阶段
h (cm)

土壤适宜含水率(%)
生育阶段
h (cm)
土壤适宜含水率(%)
出苗
三叶
分蘖
拔节
抽穗
扬花
成熟
30～40
30～40
40～50
50～60
50～80
60～100
60～100
45～60
45～60
45～60
45～60
60～75
60～75
60～75
幼苗
现蕾
开花
吐絮
30～40
40～60
60～80
60～80

55～70
60～70
70～80
50～70

幼苗
拔节
孕穗
抽穗
开花
灌浆
成熟
40
40
50～60
50～80
60～80
55
65～70
70～80
70
注：土壤适宜含水率以田间持水率的百分数计。
(式4-1)
式中：
——设计净灌水定额，m3／hm2。
——计划湿润层深度，m。一般大田作物取0.4～0.6m，蔬菜取0.2～0.3m，果树取0.8～1.0m；
——计划湿润层土壤的干容重，kN／m3。；
——土壤适宜含水率(重量百分比)上限，取田间持水率的85％～95％；
——土壤适宜含水率(重量百分比)下限，取田间持水率的60％～65％。
2．设计灌水周期。根据灌水临界期内作物最大日需水量值按式4-2计算理论灌水周期，因为实际灌水中可能出现停水，故设计灌水周期应小于理论灌水周期，即：
， (式4-2)
式中：
——理论灌水周期，d；
——设计灌水周期；
——控制区内作物最大日需水量，mm／d。
（二）灌溉设计流量
根据设计灌水定额、灌溉面积、灌水周期和每天的工作时间可计算灌溉设计流量。在井灌区，灌溉设计流量应小于单井的稳定出水量。当管灌系统内种植单一作物时，按式4-3计算灌溉设计流量：
(式4-3)
式中：
——管灌系统的灌溉设计流量，m3／h；
——灌溉水利用系数，取0.80～0.90；
一一每天灌水时间，取18～22h（尽可能按实际灌水时间确定）。
当大于水泵流量时，应取等于水泵流量，并相应减小灌溉面积或种植比例。
（三）灌溉工作制度
灌溉工作制度是指管网输配水及田间灌水的运行方式和时间，是根据系统的引水流量、灌溉制度、畦田形状及地块平整程度等因素制定的。有续灌、轮灌和随机灌溉三种方式。
1．续灌方式。灌水期间，整个管网系统的出水口同时出流的灌水方式称为续灌。在地形平坦且引水流量和系统容量足够大时，可采用续灌方式。
2．轮灌方式。在灌水期间，灌溉系统内不是所有管道同时通水，而是将输配水组，以轮灌组为单元轮流灌溉。系统同时只有一个出水口出流时称为集中轮灌；有两或两个以上的出水口同时出流时称为分组轮灌。井灌区管网系统通常采用这种灌水方式。
系统轮灌组数目是根据管网系统灌溉设计流量、每个出水口的设计出水量及整个的出水口个数按式(4—4)计算的，当整个系统各出水口流量接近时，式4-4化为式4-5。
(式4-4)
(式4-5)
式中：
——轮灌组数；
——第个出水口设计流量，m3/h；
——取正符号；
——系统出水口总数；
轮灌组数划分的原则：①每个轮灌组内工作的管道应尽量集中，以便于控制和管理；②各个轮灌组的总流量尽量接近，离水源较远的轮灌组总流量可小些，但变动幅度不能太大；③地形地貌变化较大时，可将高程相近地块的管道分在同一轮灌组，同组内压力应大致相同，偏差不宜超过20％；④各个轮灌组灌水时间总和不能大于灌水周期；⑤同一轮灌组内作物种类和种植方式应力求相同，以方便灌溉和田间管理；⑥轮灌组的编组运行方式式要有一定规律，以利于提高管道利用率并减少运行费用。
(3)随机方式。随机方式用水是指管网系统各个出水口在启闭时间和顺序上不出水口工作状态的约束，管网系统随时都可供水，用水单位可随时取水灌溉。
2．流量计算
（1）树状管网各级管道流量计算。对于单井出水量小于60m3／h的井灌区，通常开启一个出水口的集中轮灌方式运行，此时各条管道的流量均等于系统设计流量。同时开启出水口个数超过两个时，按式4-6计算各级管道流量：
(式4-6)
式中：
——管道设计流量，m3／h；
——管道控制范围内同时开启的给水栓个数；
——全系统同时开启的给水栓个数。
（2）环状管网流量计算
3．水头损失计算
(1)沿程水头损失。在管道输水灌溉管网设计计算中，根据不同材料管材使用流态，通常采用式4-7的通式计算有压管道的沿程水头损失：
(式4-7)
式中：
——沿程水头损失摩阻系数；
——流量指数；
——管径指数。
各种管材的、、值见表4-2。
表4-2 不同管材的、、值
管 道 种 类

混凝土及当地材料管
糙率=0.013
0.00174
1.312×106
2.00
5.33
糙率=0.014
0.00201
1.516×106
2.00
5.33
糙率=0.015
0O.00232
1.749×106
2.00
5.33
旧钢管、旧铸铁管
0.00179
6.250×105
1.9
5.10
石棉水泥管
0.00118
1.455×105
1.85
4.89
硬 塑 料 管
0.00091