第三章
低压管道输水灌溉技术
第一节 概 述
一, 低压管道输水灌溉技术
低压管道输水灌溉简称管道输水灌
溉, 在田间灌水技术上, 仍属于地面灌
溉类, 它是以管道代替明渠输水灌溉系
统的一种工程形式 。 灌水时使用较低的
压力, 通过压力管道系统, 把水输送到
田间沟, 畦, 灌溉农田 。
低压管道输水
低压管道输水主要特点,
低压管道输水是在低压条件下运用
的 。 目前主要用于输配水系统层次少 (一
级或二级 )的小型灌区 (特别是井灌区 )，
也可用于输配水系统层次多的大型灌区的
田间配水系统 。 其工作压力相对于喷灌,
微喷灌等较低 。
二、压力范围
根据低压管道输水灌溉的运用条件、
通过研究和实践，其管道系统的压力一
放不超过 0.2MPa，在克服管道的输水压
力损失之后。管道最远处出口压力应控
制在 0.002-0.003MPa。有时受管材承压
能力的限制，管道的输水压力还得相应
地降低。
三、管道系统组成
低压管道输水灌溉系统，根据各部
分承担的功能由：水源 (机井 )、输水管
道、给配水装臵 (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,见图 1-1所示。
(一 )水源
低压管道输水灌溉的水源有井、河、
渠、水库、塘等，配套的提水动力多为机
泵 (有自压条件的除外 )。
(二 )输水系统
输水系统是由输水管道、管件 (三通、
四通、弯头、变径接头等 )连接成的输水通
道。按管道材料可分为混凝上管、水泥砂
土管、缸瓦管、石棉水泥管、塑料管等。
(三 )给配水装臵
由地下输水管道向田间沟、畦配水的
给水装臵，一般称出水口，如能连接下一
级田间移动管道的，则称给水栓。
(四 )保护设备
为防止水泵突然关闭或其它事故等产
生的水锤,在管道系统首部或适当位臵安
臵调压或进排气阀等保护设臵。
(五 )田间灌水设施
田间灌水设施一股是指与出水口相连
接的闸管系统 。
第二节 低压管道输水灌溉的优点
一, 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。
二, 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 。
三, 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。
四, 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%。
五, 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 。
第三节 低压管道输水灌溉技术
的发展与展望
一、国外发展概况
美国,早在 20年代就在加利福尼亚州的图尔
洛克灌区应用低比管道输水灌溉技术，其形
式是地面闸管系统和地下管道阀门系统。
前苏联,典型的 (相当于农渠一级的 )低压管网系统
采用地下固定式石棉管或塑料硬管，从架空的, U”
型槽的斗渠通道虹吸管或管式放水口引水。
日本,灌溉输水系统已由部分管道输水向多级组合
的完整的管道输水系统发展。
以色列,以色列为干旱半干旱地区，有 300万亩灌
溉土地,90％以上实现了管道化．水的有效利用系
数很高。全国主要水系已连结成统一水网。
其他如罗马尼亚、保加利业等国家，管道输水
灌溉发展也都比较快。
二、我国发展概况
我国低压管道输水灌溉技术的运用为
时已很早，但集中连片的使用，是在 50年
代以后。进入 80年代以来，我国北方一些
地区连年干旱，地面与地下水资源日益紧
张，使得低压管道输水灌溉这项节水技术
得到飞速发展。
管道工程规划
第一节 基本资料与技术参数
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。
一、地形地貌
地形地貌可应用已有的航测图, 乡村
农田基本建设图作为规划参考 。 在理区规
划阶段应有 l／ 5000－ l／ 10000地形图；灌
区管网布臵应有 1／ 2000一 1／ 5000地形图 。
在地形图上应标出行政区别、灌区位
臵及控制范围边界线耕地、衬庄、沟渠、
道路、林带、池塘、井、河流、泵站、高
（低）压输电线路等 。
二、农业气象
低压管道输水灌溉工程规划中需要
的农业气象资料有,
（ 1） 温度 （ 2） 风速 （ 3） 湿度
（ 4） 日照 （ 5） 气压 （ 6） 地温
（ 7） 降水 （ 8） 蒸发
（ 9） 无霜期始终日期
三、灌溉水源
灌溉水源为地下水时, 应收集补给区内含
水层厚度及埋藏深度, 地下水位变幅, 流速,
给水度, 渗透系数, 影响半径和水力梯度, 单
位降深, 涌水量等行关资科 。
灌溉水源为地表水时, 应收集当地或相关
水文测站中平水年, 中等干旱年, 丰水年的水
量及年内分配, 即上述各典型年的流量过程线,
水位过程线, 水位流量关系曲线, 及年内含砂
量的分配等资料 。
灌溉水源为小型水库时，应收集典型年的
逐月逐旬流量、水位库容曲线、设计年的洪水
流量过程线等。
四、土壤及土壤特性
为编制作物灌溉制度, 在规划区土
壤普查资料的基础上, 主要核实如下几
项内容 。
1,土壤质地
在野外可用指测法鉴定土壤质地,
也可取样进行颗粒分析鉴定土壤质地,
见表 2-1。
表 2－ 1 土壤质地分类表
2．土壤主要物理性能
（ 1） 土壤干容重
自然状态下单位体积干土重 。
（ 2） 土壤田间持水量
是土壤中作物有效水分含量的上限，也
就是灌溉后土壤含水量的上限。一般作
物的适宜含水量应保持田间持水量的 60
％－ 100％。不同土壤作物耕作层田间持
水量见表 2－ 2。
表 2－ 2 耕作层土壤主要参数
五, 土地利用现状
1） 规划区耕地面积, 林果面积, 滩涂和盐
碱地面积, 荒地面积, 池塘水面面积及其
他用地等项数量分布 。
2） 作物种类, 播种面积, 种植比例 。
六, 水利工程设施状况
规划区内的灌, 排工程及设备 。
七, 社会经济
重点收集规划区内人口、劳力、人均
占行耕地，粮棉等作物产量，农、林、牧、
副产值 。
第二节 水源分析与供需水量计算
一, 水源分析
管道输水灌溉工程规划中进行水源
分析的目的, 是为准确的掌握不同设计
保近率年份水源可供开采的水量, 水位
变化, 水质等情况, 为工程设计提供依
据 。
（ 一 ） 管道输水灌溉对水源水质的要求
农田灌溉水质标准见表 2－ 3。
表
2
－
3
农
田
灌
溉
水
质
标
准
值
据渠灌区研究资料认为，用含有平均粒
径为 0.028mm(其中粒径 0.025m m占 47％，
小于 0.01mm的占 9％ )，含量大于 6％ (重量
比 )的水灌溉农田，对玉米、棉花等作物生
长不利。从低压管道输水防淤角度要求，
粒径大于 0.15mm的泥沙不允许进入管道。
泥沙含量不得大于 10kg／ m3。
(二 ) 供水量的计算
供水量的计算，通常是根据规划区的
供水资科进行频率计算，选择与灌溉设汁
标准相应的年份为设计代表年。灌溉设计
保证率见表 2－ 4。
表 2-4 灌溉设计保证率
1．地下水可开采量
地下水可开采量根据水文地质资料分
析计算，单井出水量应根据抽水试验资料
确定。在平原井灌区内发展, 管灌,,以
开采潜层地下水为主,其地下水的来源主
要有三部分。可根据当地水文地质资科分
分析计算地下水量。
(1) 降雨入渗量
W1 ＝ 0.001αPA
式中,
0.001 － 换算系数
α － 入渗系数、从当地水文地
质资料中查选；
P － 设计年降水量（ m m）
A － 补给地下水面积（ m2）
(2) 侧向补给
W2 ＝ 365K h含 L J （ m3/a）
式中,
K － 含水层渗透系数 （ m /d） ;
h含 － 补给区中地下水含水层厚度
(m);
L － 补给区周边长度 （ m） ;
J － 补给区内地下水坡度
(3) 灌溉回归水量
W3 ＝ βMA
式中,
β －灌溉回归系数, 从当地水文
地质资料中查选 ;
M － 灌溉定额 (m3／亩 ),由灌溉
试验资料提供 ;
A －灌溉面积 (m2)
2,河 (渠 )水供给量
首先根据河流水文测站提供的水文
资料, 进行频率分析与计算后, 求出设
计年的河流来水量, 结合流域规划确定
,管灌, 引水流量和引水时段 。
3,水库, 塘坝引水量
根据设计年降水量 P及库 (塘坝 )坝址
以上的集雨面积 Ar可供, 管灌, 引用的
库容调蓄的水量 W,按下式计算,
W ＝ 1000η 蓄 fPAr （ m3/a）
式中,
W － 调蓄水量 （ m3） ;
η 蓄 －考虑蒸发和渗漏后的蓄水有
效利用系数,η 蓄 = 0.6-0.7;
f －径流系数 ;
P － 设计年降雨量 ;
Ar － 水库, 塘坝, 坝址以上集
雨面积 (km2)。
二、灌溉用水量分析与计算
(一 )作物需水量的计算
农作物生长发育过程中, 从播种至
收获消耗于植株叶面蒸腾和株间蒸发的
水分的总和, 称为作物需水量, 也叫作
物耗水量或腾发量, 它是农田灌溉工程
的一项基本参数 。
作物需水量常用的计算方法如下,
1.修正彭曼公式法
E ＝ Kc ET0
式中,
E － 作物需水量 （ mm） 或 （ m3/亩 ） ;
Kc －作物系数 ;
ET0 －潜在腾发量 （ mm） 或 （ m3/亩 ） 。
计算 ET0时按彭曼公式计算 。 关于彭曼公式农
田水利学书上有详细的介绍, 这里就不在赘述了 。
我国华北地区于, 六五, 期间对作物需水量
进行大量试验 。 主要作物潜在腾发量见图 2－ l、
图 2－ 2,图 2－ 3,供参考选用 。
(2)作物系数 Kc值的选择 影响 Kc值的主要
因素是作物种类, 作物生理特性, 发育阶
段, 播种日期, 生长期长短及常遇到的气
候条件等 。
计算作物需水量时, 选用 Kc值通常参
考联合国粮农组织灌溉及排水从书第 24卷
提出的作物生育四阶段标淮划分 。
初期, 发展期, 中期, 后期 。
根据当地或条件相似地区的生产实践
及试验资科确定作物生长阶段的大致天数,
见表 2－ 4。
Kc值选择, 初期见图 2－ 4,中期见表
2－ 5。 发展期的 Kc值由初期与中期内插,
完熟时见表 2－ 。 当最小湿度介于 20％ －
70％ 时内插 。
按华北地区, 六五, 期间灌溉试验资
料，主要作物 Kc值见表 2－ 6，表 2－ 7，表
2－ 8。
表 2-4 部分作物生长阶段天数（ d）
表
2—
5
部
分
作
物
在
生
长
中
期
和
完
熟
时
的Kc
值
表 2－ 6 冬小麦作物系数 Kc
表 2－ 7 夏玉米作物系数 Kc
表 2－ 8 棉花作物系数 Kc
2,需水系数法
在确定规划地区作物需水量时, 可以采
用近似地区灌溉试验所提供的需水量值 (通常
称为需水系数 ),根据规划区计划产量计算 作
物需水量, 见下式,
E ＝ KY
式中
E — 作物需水量 (m3/亩 )；
K — 需水系数 (m3/亩 )；
Y — 作物单位面积上的产量 (kg／亩 )。
, 六五, 期间华北地区试验成果 。 见表 2－
9,表 2-10。 主要作物需水量与模系数见表 2－
11。
表 2－ 9 冬小麦需水系数与产量关系
表 2－ 10 夏玉米需水系数与产量关系
表 2－ 11 棉花需水系数与产量关系
(二 )灌溉用水量
在灌溉设计年内，为保证作物各生育
期需水要求，除该时段的降水供给水量外、
尚有部分亏缺水量，需灌溉补给，这部分
亏缺水量为净灌溉用水量。考虑各级输水
损失及田间损失、要求水源提供的水量为
毛灌溉水量,按式 (2－ 5)计算。
Mg ＝ 0.667 (E-Pe) A /η 水
式中
Mg— 毛灌溉水量 (m3/亩 )
E — 作物需水量 (m m1；
A — 灌溉面积 (亩 )；
η 水 — 水利用系数,, 管灌, ＝ 0.8-
0.95；
Pe — 有效降水量 (m m)。 Pe＝ σP, σ
为有效 降雨系数，一般根据实测资料而定。
规划时可根据一次降雨量大小取值，见表
2-12。
表 2－ 12 P-σ棉花需水系数与产量关系
三、供需水量平衡分析与计算
供需水量平衡分析与计算的目的在
于：规划管道输水控制面积；确定作物
种植结构及其种植比例；为合理开发利
用水资源提供依据；确保在同一灌溉设
计年内的供水量与需水量平衡, 若出现
需水量大于供水量时, 应提出补源措施
或调整灌溉面积和种植计划 。
例 2-1 某地平原井灌区拟采用低压管道
输水灌溉、规划面积 l0500亩，初步计划
种植冬小麦 8745亩，与夏玉米夏种 8379
亩，棉花 1300亩，少量的瓜菜和工副业
用水。试进行供需水量平衡分析与计算。
解,
1,可供开采地下水量计算
根据当地水文气象及水文地质资料
提供。该区地下水补给来源由降雨入渗、
侧向补给、灌溉回归水入渗等三部分组
成。
(1)降雨入渗补给量 W1
当地实测 37年降水资料、经分析取多
年平均降雨量 P＝ 603mm，降雨入渗系数 α
＝ 0.1、补给面积 A＝ 2200× 3700(m2)。
W1 ＝ 0.001αPA ＝ 490842m3
(2) 侧向补给量 W2
由当地水文地质资料中查得。该区范
围内为砂质壤土，地下平均含水层厚度
20m，层内渗透系数＝ 20m／ d，周边主要
承受南部边界地下水补给，北边界略有排
除、东边界和西边界地下水坡降为 0。由
地下水等值线图分析确定补给区,
南边长 L1＝ 3700m,坡降 J1＝ 0.004；
西边长 L2＝ 2200m,坡降 J2＝ 0；
东边长 L3＝ 2200m,被降 J3＝ 0；
北边长 L4＝ 3700m,坡降 J4＝ 0.001。
侧向补给量 W2＝ 365K h含 （ L1J1＋ L2J2
＋ L3J3＋ L4J4）
＝ 1620600 m3
(3)田间灌溉回归水入渗量 W3
由当地灌溉试验提出, 作物灌溉定额
M＝ 200m3 ／亩, 实 测 灌 溉 回归 系 数
β= 0.02,灌溉面积 10500亩 。 W3 ＝ βMA
＝ 42000 m3 。
该区地下水总补给量 (开发利用量 ) W
＝ W1 ＋ W2＋ W3,所以 W＝ 215.3442万 m3。
2,需水量计算
(1)灌溉需水量
根据当地灌溉试验资料选取作物各生
育期作物需水量, 设计年取中等干旱年即
灌溉保证率 75％ 时的作物阶段降水量 。 按
降水有效利用系数 σ 0(小麦 σ 0 ＝ l。 夏玉
米 σ 0 ＝ 0.8,棉花 σ 0 ＝ 0.9)。
折算后得有效降水量, 由作物需水量
减去有效降水量, 亏缺水量即为净灌溉水
量 。 取管灌水利用系数 η ＝ 0.85,试计算
毛 灌 溉 水 量 。 灌 溉 总 需 水 量 为
202.03+15.05+20.8=237.88万 m3。
(2)林, 果, 瓜, 菜等及其他需水量
按规划要求,林, 果, 瓜, 菜总需水量 30
万 m314.6万 m3,工副业需水量 42.9万 m3,
合计 87.5 m3 。
该区总需水量为 237.88+ 87.5＝ 325.38
万 m3 。
3,供需平衡分析及处理办法
供水量 215.34万 m3
需水量 325.38万 m3
本区缺水 325.38 - 2l5.34＝ 110.04万 mm3
为保持供需水量基本平衡，建议用
两种办法解决。一是调整作物种植结构，
改变作物布局，减少冬小麦种植面积，
控制在 6000亩左右为宜，适当增大复种
指数。推行一年两熟制，加大瓜菜种植
面积，错开灌水高峰期。二是有条件时
建议采用补源措施。灌区外的某干渠，
引水流量 0.5m3/s。通过二级扬水，将干
渠水调入本灌区，以达水资源来补平衡。
第三节 管道系统布置
一, 管道系统布臵的基本原则
1)管道系统布臵应做到排水, 道路, 林带,
供电等系统紧密结合, 统筹安排, 并充分
利用原有水利和其他工程设施 。
2)根据当地的交通、能源、材料供应等
条件及经济、技术、劳力等情况。因地制
宜地选择管材。
3)管网布臵力求管线总长度短, 控制面积
大, 并作到管线平顺, 减少拐弯, 起伏等
现象 。 达到投资少效益高的目的 。
4)支管 (田间末级地埋管道 )走向应与作物
种植方向及地形坡度相适应 。
5)根据现行生产管理体制, 确定出水口间
距, 使之适用于用户管理, 有利于轮灌,
达到省水, 节能的目的 。
管路铺设
二、管网类型
(1)移动式 是指输水, 配水管道均可移动 。
(2)半固定式 是指输水管固定, 配水管移
动 。
(3)固定式 是指输水, 配水管道均固定 。
(4)管渠结合式 是指输水管固定, 田间毛
渠配水
三、固定管网布臵
根据水源位臵, 控制范围, 地面坡度,
田块形状, 作物种植方向等条件, 管网布设
成树枝状或环状两类 。 常见有以下几种形式 。
(1)水源 (机井 )位于田块一侧 常采用, 一,
字形,,T”形,,L”形三种形式。 分别见
图 2-5、图 2-6，图 2-7。这三种形式适用于井
的出水量 20-40 m3／ h，控制灌溉面积 50-100
亩，田块的长宽比 (1／ b)不大于 3。
(2)水源 (机井 )位于田块中心常采用, H”
形或环形,分别见图 2-8，图 2-9。这两种
形式适用于井出水量 40-60 m3／ h、控制面
积 100-150亩，田块的长宽比 (1／ b)＜ 2。
当长宽比＞ 2时，采用长, 一, 字形布臵，
见图 2-l0 。
(3)水源位于田块一侧,控制面积较大成
近似方形地块、作物种植方向与灌水方向
不同时，可布臵成梳齿形 (或环状网 )、龟
骨形（或环状网）两种形式。见图 2－ 11，
图 2－ l2，图 2-13。这些布臵形式适用于
出水量 60－ 100m3/h，控制面积 150-300亩
／ h，田块的长宽比 (1／ b)≈l 的情况。
四, 移动管网使用
移动管网管材可分为移动软管, 移
动硬管, 软管硬管组合式三种类型 。 常
用的使用方法主要有三种方式 。
长畦双浇：单口控制面积 0.09-0.18亩，移动管长
20m，畦田规格为,
长 × 宽＝ (15-20)× (4× 6)m，地面坡度平缓，见图
2-14。
长畦单浇：地面坡度较陡, 灌水方向不易
双向控制时, 采用长畦单浇, 见图 2-15。
方畦双浇：畦的长宽比约等于 l (或 0.6-
1.0)时, 采用方畦双浇 。 管长不宜大于 10m，
畦长不宜大于 10m,见图 2-16。
五, 闸管在田间的使用
移动闸管可以与机井连接，也可与固
定输水管道给水拴连接，闸管或移动软管顺
畦长方向放臵。按畦的宽度设控制闸，使用
时操作闸，直接向畦块配水。畦的规格及灌
水方法与移动管网使用相同。闸管最大长度
不得大于 20m。
管道工程设计
第一节 管道设计流量的确定
管道输水灌溉设计流量是指灌水时期
管道所需通过的最大流量, 它由 水源条件,
作物灌溉制度, 管道工作制度, 灌溉面积,
作物种植结构等因素 综合考虑确定, 它是
管网布臵, 管径选择, 管材强度复核, 管
道水力学计算 等的主要依据 。
一, 灌溉制度
农作物的 灌溉制度 是指播种前及全生育
期的灌水次数, 灌水日期, 灌水定额及灌溉
定额 。
作物的灌水定额和灌水周期随年份和生
育阶段不同而不同 。 在管道设计中, 应选择
符合设计代表年的最大灌水定额和灌水周期
作为设计依据 。 具体的计算方法, 等同于喷
灌工程, 这里就不在赘述 。 下面只介绍一些
实际中的例子 。
(一 )灌水定额
例 3-1 某试区各小麦抽穗期土壤计划湿润层
深为 0.6m,土壤平均干容重 γ ＝ 1.45t／ m3,
田间持水量 β 田 ＝ 22％, 求冬小麦抽穗期灌水
定额 。
解, m = 667 H γ (β 1 - β 2) /η 田
= 667× 0.6× 1.45(0.209-0.143)/0.95
≈ 40(m3/亩 )
冬小麦抽穗期灌水定额为 40m3／亩 。
灌水定额常以单位面积用水量表示（ m3 ／
亩），有时也可以水层深度 (mm)表示,1mm＝
2/3 m3／亩 。
例 3-2 某灌区冬小麦抽穗期日需水量
Ep=7.5mm/d,同期灌水定额 40 m3／亩,
求冬小麦抽穗期灌水周期 。
解,
T＝ m/Ep = 40 /（ 7.5× 2/3） ＝ 8（ d）
(一 )灌水周期
第二节 管网优化设计与管径选择
管网优化设计，主要是优化管网布
臵与各级管道管径的选择。为此。将管
网布臵要素 (包括各级管道的位臵、走向、
间距、条数、长度、分水口个数及位臵、
出水口个数及田间分布等 )及各级管道的
管径 作为优化分析的决策因素。
影响管网系统费用的主要因素是 管网系
统的形式、布臵方式、管材及管径 等。管网
系统投资由基建投资和运行管理费用两部分
组成。当管网系统布臵型式和管材一定时，
管径增大，投资增大，由于管径增大，水头
损失减少，从而减少了运行费用。反之，亦
成立。因此，在各级管道管径的多种组合
中．必有一种最优管径的组合，使总投资最
低。
优化设计 是分析社会投入及产出大小
的一种手段, 可以采用不同的经济指标作
入优化分析的目标 。 例如, 在费用一定的
条件下, 效益最大 。 或在经济效益一定的
前提下, 投资最小, 经济效益与费用比最
大 。
具体的设计，参考喷灌工程设计，这
里不在赘述。
第三节 管道水力计算
一, 沿程水头损失计算
（ 一 ） 有压管道沿程水头损失计算
有压管道沿程水头损失, 常用达西公式计算 。
（ 二 ） 硬质塑料管道沿程水头损失计算 。
（ 三 ） 混凝土等当地材料的管道沿程损失计算 。
（ 四 ） 地面移动软管的沿程水头损失野外测试值
二, 局部水头损失计算
1,串联管道系统
2,并联管道系统
3,连续出流管道
三, 管网水力计算
1,枝状管网
2,环状管网
四, 多孔系数
五, 水击压强计算
例 3－ 6 有一地下输水管道, 机井至出水口距
离为 200m,混凝土管直径 100cm,壁厚 10cm,管
中流速 1.5m／ s,求出水口在 2.5s和 10s时间内
关闭时的最大水击压强升高值 。
解,经查表知 α ＝ 0.1,水击波速为,
C＝ 1435/(1+αd/σ) 0.5=1018(m/s)
判别水击类型,
T传＝ 2l/C＝ 2× 200/1018＝ 0.4(s)
T关＝ 2.5s或 10s,T传 <T关, 均为间接水击 。
T关＝ 2.5s时,
H间＝ 2lv0/（ g(T传＋ T关 )） ＝ 21.1(m)
T关＝ 10s时,
H间＝ 2lv0/（ g(T传＋ T关 )）＝ 5.9(m)
水泵及其动力机
水泵按能量转换方式, 通常可分为 有
转子泵和无转子泵 两类 。 前一类如叶片泵,
容积泵和涡漩泵等；后一类如水锤泵, 射
流泵电磁泵等 。
叶片泵效率高、成本低、结构紧凑、
使用简便、运转可靠、适用范围广、是最
通用的一种水泵。低压输水灌溉系统中应
用的水泵都是叶片泵，而且多数都是离心
泵和井泵。
50NB-20型清水离心泵机
组
一、水泵的分类
低压输水管道灌溉系统中，主要采用
叶片泵中的离心泵包括 单级单吸离心泵 (如
BA型,B型,IB型,IS等 ),单级双吸离心泵
(如 Sh型,S型等 )〕 及 井泵 (包括长轴深井泵，
如 JD型,J型,JC型等及深井潜水电泵，如
QJ型,JQ型,NQ型 )等。对于其他的一些农
用泵，如轴流泵、混流泵等，因低压输水灌
溉系统比较少用，在此不作介绍。
低压管灌中的水泵选型等与喷灌工程
基本相同，请设计人员参考，这里就不在赘
述了。
井
泵
的
几
种
安
装
形
式
第二节 动力机的选型配套
泵站动力机的选配，首先取决于建站
地区的能源供应情况，然而结合工程实际
选定。
泵站最常用的动力机有 电动机和柴油
机 。对于井泵而言，一般是成套供应的，
尤其潜水电泵、其电动机与水泵是组合成
整机销售的。只有当长轴井泵和电功机
(或柴油机 )不成套供应时，才需另行配套 。
(一 )选配原则
1)对于离心泵站 (或浅井 )配用电动机时,
应根据电源容量大小, 电压等级, 水泵轴
功率, 转速以及传动方式等条件来确定电
动机的类型, 容量, 电压和转速等工作参
数 。
2)对于小型泵站和井泵站中, 一般选用三
相交流感应电动机中的鼠笼式或绕线式电
动机 。
当功率小于 100kW时
功率在 100－ 300kw时 。
管 材
管材 是低压管道输水灌溉系统的重要
组成部分, 它直接影响工程质量和造价 。
本章除简要介绍国家标准塑料管外, 将重
点介绍, 七五, 攻关项日中各地研制应用
的一批适合低压输水的新型管材 。
第一节 塑料管
塑料管具有重量轻, 内壁光滑, 输水
阻力小, 耐腐蚀, 施工安装方便等特点 。
一, 国家标准塑料管
国家标准塑料管主要有 聚氯乙烯管 （ PVC）
高密度聚乙烯管 (HDPE)、低密度聚乙烯管
（ LDPFE），改性聚丙烯管 (PP)。国家标准中
有关上述管材的规格，公称压力和壁厚的关
系，管材的性能指标要求查相关规范，除规
范中所列性能指标要求外，在选用时还要对
管材的外观进行检查，如管材内外壁应光滑、
平整、不允许有气泡、裂隙、显著的波纹、
凹陷、杂质、颜色不均及分解变色线等。
维塑软管
第二节 水泥预制管
近年来研制了多种预制管, 如 水泥砂土
管, 水泥砂管, 水泥土管, 水泥石屑管, 水
泥炉渣管, 路壁混凝土管 等 。
第三节 现场连续浇注管
现场连续浇注管 (简称现浇管 )，指在现
场浇注成型的素混凝土管或水泥砂浆管等。
该类管材在现场连续浇注成型，整体性好且
可应用当地材料，造价低廉。
管件与附属设备
低压输水管道系统的管件把管道连接
成完整的管路系统。管件包括 三通、弯头、
四通、堵头等 。附属设备是指能使管道安
全、正常运行并实施科学管理的装臵、包
括供水装臵、保护装臵和量测设施等。
第一节 管 件
从材质上分，有混接土、塑料、钢、
铸铁等不同原材料制成的管件。
第二节 给 水 装 置
给水装臵是低压输水管道的主要田间
灌水装臵。给水装臵有两类，一类是直接
向土渠供水，称 出水口 ；另一类是可以接
下一级软管或闸管系统的，称 给水栓 。一
般情况每个出水口 (包括给水栓 )控制面积
在 10亩左右。出水口压力个小于 0.002MPa。
选用出水口 (包括给水栓 )应从它的技术性能
指标、造价和在田间工作的适应性综合考虑。尽
量满足以下条件,
1)结构简单，坚固耐用。
2)密封性能好．关闭时不渗不漏。
3)水力性能好，局部水头损失小。
4)整体性好，开关方便，易于装卸。
5)功能多，除供水外，尽可能具行进排气，消除
水锤、真空等功能，以保证管路的安全运行。
6)造价低。
根据止水原理，出水口可分为外力止水、内水
压止水、柱塞止水等型式。
一、外力止水
外力止水是指借助外力封闭管口，保证它
的密封性，其结构型式均为压盖型。这种止水
型式简单，容易加工制作，止水效果好。止水
部件为圆形盖，由钢板或铸铁板粘结橡胶垫组
成，在压杆的垂直压力作用下、压紧立管管口
而止水。
目前已使用的外力止水型出水口，按结构
型式分有以下 7种。
(1)螺杆压盖型 (2)销杆压盖型 (3)杠杆压盖型
(4)弹簧销杆压盖型 (5)搭扣压盖型 (6)丝盖型
(7)法兰压盖型
二, 内水压止水
内水压止水, 是利用管道的内水压力
封闭止水, 压力越大, 止水效果越好 。 这
种型式的出水口一般还兼有排气和进气的
功能, 可起排气阀和真空破坏阀的作用,
是低压灌溉管道特有的出水口型式 。
内水压止水按结构型式分以下 4种 。
(1)浮球型 (2)浮塞型 (3)拉线拍门型
(4)自动封闭插入型
三, 柱塞止水
柱塞止水型出水口, 是将内, 外径
配合紧密的硬塑管彼此套插, 在内管上
套止水密封橡胶圈, 形如柱塞, 使其移
动来开启和关闭出水口 。
柱塞止水型出水口有 2种型式,
(1)柱塞型
(2)自动升降型
第三节 管道安全装置
在灌溉过程中, 开, 关水泵过快, 突然
停电, 都会 使管道的压力瞬时增大或产生负
压, 引起 管道爆裂或被大气压瘪 。
停泵或突然停电时, 潜水泵竖管的水
在重力作用下, 迅速回流入井, 整个管道内
的水, 在虹吸作用下也回流入井, 管道内产
生瞬时负压, 水泵和电机高速倒转, 致使管
道和机泵损坏 。
此外, 由于操作不当, 如先合闸开泵,
再去打开出水口, 致使管道成受很大压力,
也会使管道爆裂 。
为防止上述事故的出现, 必须在管道
上设臵安全保护装臵 。 已在低压输水管道
上使用的安全装臵有以下几种 。
1,调压管
2,球阀型进排气装臵
3,平板型进排气装臵
4,进排气阀 (单流门 )
5,安全阀
第四节 计 量 设 备
为实现计划用水, 按量计征水费, 促进
节约用水, 必须在低压输水管道系统安装量
测设备, 对用水, 用电, 机泵运行时数等于
以记录 。
明渠测流, 一般采用 三角堰, 梯形堰,
这些堰板应校现定设臵在由管道出水口供水
的土渠上 。 计算公式可参考有关测流手册 。
管道流量的测试可采用 流速流量计, 水
表, 孔板差压量水计, 电磁流量计, 超声波
流量计 等 。
经济效益分析
低压管道输水灌溉工程的经济效益
分析，应按, 水利经济计算规范, 的计
算方法和基本准则进行。其目的在于从
经济上衡量某管道输水灌溉工程是否可
行，以及对不同的方案进行选优。计算
时吸对所得效益和所付费用 (包括投资和
运行费 )用货币指标表示。具体分析等同
于喷灌工程，这里不作介绍了。
低压管道输水灌溉技术
第一节 概 述
一, 低压管道输水灌溉技术
低压管道输水灌溉简称管道输水灌
溉, 在田间灌水技术上, 仍属于地面灌
溉类, 它是以管道代替明渠输水灌溉系
统的一种工程形式 。 灌水时使用较低的
压力, 通过压力管道系统, 把水输送到
田间沟, 畦, 灌溉农田 。
低压管道输水
低压管道输水主要特点,
低压管道输水是在低压条件下运用
的 。 目前主要用于输配水系统层次少 (一
级或二级 )的小型灌区 (特别是井灌区 )，
也可用于输配水系统层次多的大型灌区的
田间配水系统 。 其工作压力相对于喷灌,
微喷灌等较低 。
二、压力范围
根据低压管道输水灌溉的运用条件、
通过研究和实践，其管道系统的压力一
放不超过 0.2MPa，在克服管道的输水压
力损失之后。管道最远处出口压力应控
制在 0.002-0.003MPa。有时受管材承压
能力的限制，管道的输水压力还得相应
地降低。
三、管道系统组成
低压管道输水灌溉系统，根据各部
分承担的功能由：水源 (机井 )、输水管
道、给配水装臵 (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,见图 1-1所示。
(一 )水源
低压管道输水灌溉的水源有井、河、
渠、水库、塘等，配套的提水动力多为机
泵 (有自压条件的除外 )。
(二 )输水系统
输水系统是由输水管道、管件 (三通、
四通、弯头、变径接头等 )连接成的输水通
道。按管道材料可分为混凝上管、水泥砂
土管、缸瓦管、石棉水泥管、塑料管等。
(三 )给配水装臵
由地下输水管道向田间沟、畦配水的
给水装臵，一般称出水口，如能连接下一
级田间移动管道的，则称给水栓。
(四 )保护设备
为防止水泵突然关闭或其它事故等产
生的水锤,在管道系统首部或适当位臵安
臵调压或进排气阀等保护设臵。
(五 )田间灌水设施
田间灌水设施一股是指与出水口相连
接的闸管系统 。
第二节 低压管道输水灌溉的优点
一, 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。
二, 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 。
三, 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。
四, 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%。
五, 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 。
第三节 低压管道输水灌溉技术
的发展与展望
一、国外发展概况
美国,早在 20年代就在加利福尼亚州的图尔
洛克灌区应用低比管道输水灌溉技术，其形
式是地面闸管系统和地下管道阀门系统。
前苏联,典型的 (相当于农渠一级的 )低压管网系统
采用地下固定式石棉管或塑料硬管，从架空的, U”
型槽的斗渠通道虹吸管或管式放水口引水。
日本,灌溉输水系统已由部分管道输水向多级组合
的完整的管道输水系统发展。
以色列,以色列为干旱半干旱地区，有 300万亩灌
溉土地,90％以上实现了管道化．水的有效利用系
数很高。全国主要水系已连结成统一水网。
其他如罗马尼亚、保加利业等国家，管道输水
灌溉发展也都比较快。
二、我国发展概况
我国低压管道输水灌溉技术的运用为
时已很早，但集中连片的使用，是在 50年
代以后。进入 80年代以来，我国北方一些
地区连年干旱，地面与地下水资源日益紧
张，使得低压管道输水灌溉这项节水技术
得到飞速发展。
管道工程规划
第一节 基本资料与技术参数
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。
一、地形地貌
地形地貌可应用已有的航测图, 乡村
农田基本建设图作为规划参考 。 在理区规
划阶段应有 l／ 5000－ l／ 10000地形图；灌
区管网布臵应有 1／ 2000一 1／ 5000地形图 。
在地形图上应标出行政区别、灌区位
臵及控制范围边界线耕地、衬庄、沟渠、
道路、林带、池塘、井、河流、泵站、高
（低）压输电线路等 。
二、农业气象
低压管道输水灌溉工程规划中需要
的农业气象资料有,
（ 1） 温度 （ 2） 风速 （ 3） 湿度
（ 4） 日照 （ 5） 气压 （ 6） 地温
（ 7） 降水 （ 8） 蒸发
（ 9） 无霜期始终日期
三、灌溉水源
灌溉水源为地下水时, 应收集补给区内含
水层厚度及埋藏深度, 地下水位变幅, 流速,
给水度, 渗透系数, 影响半径和水力梯度, 单
位降深, 涌水量等行关资科 。
灌溉水源为地表水时, 应收集当地或相关
水文测站中平水年, 中等干旱年, 丰水年的水
量及年内分配, 即上述各典型年的流量过程线,
水位过程线, 水位流量关系曲线, 及年内含砂
量的分配等资料 。
灌溉水源为小型水库时，应收集典型年的
逐月逐旬流量、水位库容曲线、设计年的洪水
流量过程线等。
四、土壤及土壤特性
为编制作物灌溉制度, 在规划区土
壤普查资料的基础上, 主要核实如下几
项内容 。
1,土壤质地
在野外可用指测法鉴定土壤质地,
也可取样进行颗粒分析鉴定土壤质地,
见表 2-1。
表 2－ 1 土壤质地分类表
2．土壤主要物理性能
（ 1） 土壤干容重
自然状态下单位体积干土重 。
（ 2） 土壤田间持水量
是土壤中作物有效水分含量的上限，也
就是灌溉后土壤含水量的上限。一般作
物的适宜含水量应保持田间持水量的 60
％－ 100％。不同土壤作物耕作层田间持
水量见表 2－ 2。
表 2－ 2 耕作层土壤主要参数
五, 土地利用现状
1） 规划区耕地面积, 林果面积, 滩涂和盐
碱地面积, 荒地面积, 池塘水面面积及其
他用地等项数量分布 。
2） 作物种类, 播种面积, 种植比例 。
六, 水利工程设施状况
规划区内的灌, 排工程及设备 。
七, 社会经济
重点收集规划区内人口、劳力、人均
占行耕地，粮棉等作物产量，农、林、牧、
副产值 。
第二节 水源分析与供需水量计算
一, 水源分析
管道输水灌溉工程规划中进行水源
分析的目的, 是为准确的掌握不同设计
保近率年份水源可供开采的水量, 水位
变化, 水质等情况, 为工程设计提供依
据 。
（ 一 ） 管道输水灌溉对水源水质的要求
农田灌溉水质标准见表 2－ 3。
表
2
－
3
农
田
灌
溉
水
质
标
准
值
据渠灌区研究资料认为，用含有平均粒
径为 0.028mm(其中粒径 0.025m m占 47％，
小于 0.01mm的占 9％ )，含量大于 6％ (重量
比 )的水灌溉农田，对玉米、棉花等作物生
长不利。从低压管道输水防淤角度要求，
粒径大于 0.15mm的泥沙不允许进入管道。
泥沙含量不得大于 10kg／ m3。
(二 ) 供水量的计算
供水量的计算，通常是根据规划区的
供水资科进行频率计算，选择与灌溉设汁
标准相应的年份为设计代表年。灌溉设计
保证率见表 2－ 4。
表 2-4 灌溉设计保证率
1．地下水可开采量
地下水可开采量根据水文地质资料分
析计算，单井出水量应根据抽水试验资料
确定。在平原井灌区内发展, 管灌,,以
开采潜层地下水为主,其地下水的来源主
要有三部分。可根据当地水文地质资科分
分析计算地下水量。
(1) 降雨入渗量
W1 ＝ 0.001αPA
式中,
0.001 － 换算系数
α － 入渗系数、从当地水文地
质资料中查选；
P － 设计年降水量（ m m）
A － 补给地下水面积（ m2）
(2) 侧向补给
W2 ＝ 365K h含 L J （ m3/a）
式中,
K － 含水层渗透系数 （ m /d） ;
h含 － 补给区中地下水含水层厚度
(m);
L － 补给区周边长度 （ m） ;
J － 补给区内地下水坡度
(3) 灌溉回归水量
W3 ＝ βMA
式中,
β －灌溉回归系数, 从当地水文
地质资料中查选 ;
M － 灌溉定额 (m3／亩 ),由灌溉
试验资料提供 ;
A －灌溉面积 (m2)
2,河 (渠 )水供给量
首先根据河流水文测站提供的水文
资料, 进行频率分析与计算后, 求出设
计年的河流来水量, 结合流域规划确定
,管灌, 引水流量和引水时段 。
3,水库, 塘坝引水量
根据设计年降水量 P及库 (塘坝 )坝址
以上的集雨面积 Ar可供, 管灌, 引用的
库容调蓄的水量 W,按下式计算,
W ＝ 1000η 蓄 fPAr （ m3/a）
式中,
W － 调蓄水量 （ m3） ;
η 蓄 －考虑蒸发和渗漏后的蓄水有
效利用系数,η 蓄 = 0.6-0.7;
f －径流系数 ;
P － 设计年降雨量 ;
Ar － 水库, 塘坝, 坝址以上集
雨面积 (km2)。
二、灌溉用水量分析与计算
(一 )作物需水量的计算
农作物生长发育过程中, 从播种至
收获消耗于植株叶面蒸腾和株间蒸发的
水分的总和, 称为作物需水量, 也叫作
物耗水量或腾发量, 它是农田灌溉工程
的一项基本参数 。
作物需水量常用的计算方法如下,
1.修正彭曼公式法
E ＝ Kc ET0
式中,
E － 作物需水量 （ mm） 或 （ m3/亩 ） ;
Kc －作物系数 ;
ET0 －潜在腾发量 （ mm） 或 （ m3/亩 ） 。
计算 ET0时按彭曼公式计算 。 关于彭曼公式农
田水利学书上有详细的介绍, 这里就不在赘述了 。
我国华北地区于, 六五, 期间对作物需水量
进行大量试验 。 主要作物潜在腾发量见图 2－ l、
图 2－ 2,图 2－ 3,供参考选用 。
(2)作物系数 Kc值的选择 影响 Kc值的主要
因素是作物种类, 作物生理特性, 发育阶
段, 播种日期, 生长期长短及常遇到的气
候条件等 。
计算作物需水量时, 选用 Kc值通常参
考联合国粮农组织灌溉及排水从书第 24卷
提出的作物生育四阶段标淮划分 。
初期, 发展期, 中期, 后期 。
根据当地或条件相似地区的生产实践
及试验资科确定作物生长阶段的大致天数,
见表 2－ 4。
Kc值选择, 初期见图 2－ 4,中期见表
2－ 5。 发展期的 Kc值由初期与中期内插,
完熟时见表 2－ 。 当最小湿度介于 20％ －
70％ 时内插 。
按华北地区, 六五, 期间灌溉试验资
料，主要作物 Kc值见表 2－ 6，表 2－ 7，表
2－ 8。
表 2-4 部分作物生长阶段天数（ d）
表
2—
5
部
分
作
物
在
生
长
中
期
和
完
熟
时
的Kc
值
表 2－ 6 冬小麦作物系数 Kc
表 2－ 7 夏玉米作物系数 Kc
表 2－ 8 棉花作物系数 Kc
2,需水系数法
在确定规划地区作物需水量时, 可以采
用近似地区灌溉试验所提供的需水量值 (通常
称为需水系数 ),根据规划区计划产量计算 作
物需水量, 见下式,
E ＝ KY
式中
E — 作物需水量 (m3/亩 )；
K — 需水系数 (m3/亩 )；
Y — 作物单位面积上的产量 (kg／亩 )。
, 六五, 期间华北地区试验成果 。 见表 2－
9,表 2-10。 主要作物需水量与模系数见表 2－
11。
表 2－ 9 冬小麦需水系数与产量关系
表 2－ 10 夏玉米需水系数与产量关系
表 2－ 11 棉花需水系数与产量关系
(二 )灌溉用水量
在灌溉设计年内，为保证作物各生育
期需水要求，除该时段的降水供给水量外、
尚有部分亏缺水量，需灌溉补给，这部分
亏缺水量为净灌溉用水量。考虑各级输水
损失及田间损失、要求水源提供的水量为
毛灌溉水量,按式 (2－ 5)计算。
Mg ＝ 0.667 (E-Pe) A /η 水
式中
Mg— 毛灌溉水量 (m3/亩 )
E — 作物需水量 (m m1；
A — 灌溉面积 (亩 )；
η 水 — 水利用系数,, 管灌, ＝ 0.8-
0.95；
Pe — 有效降水量 (m m)。 Pe＝ σP, σ
为有效 降雨系数，一般根据实测资料而定。
规划时可根据一次降雨量大小取值，见表
2-12。
表 2－ 12 P-σ棉花需水系数与产量关系
三、供需水量平衡分析与计算
供需水量平衡分析与计算的目的在
于：规划管道输水控制面积；确定作物
种植结构及其种植比例；为合理开发利
用水资源提供依据；确保在同一灌溉设
计年内的供水量与需水量平衡, 若出现
需水量大于供水量时, 应提出补源措施
或调整灌溉面积和种植计划 。
例 2-1 某地平原井灌区拟采用低压管道
输水灌溉、规划面积 l0500亩，初步计划
种植冬小麦 8745亩，与夏玉米夏种 8379
亩，棉花 1300亩，少量的瓜菜和工副业
用水。试进行供需水量平衡分析与计算。
解,
1,可供开采地下水量计算
根据当地水文气象及水文地质资料
提供。该区地下水补给来源由降雨入渗、
侧向补给、灌溉回归水入渗等三部分组
成。
(1)降雨入渗补给量 W1
当地实测 37年降水资料、经分析取多
年平均降雨量 P＝ 603mm，降雨入渗系数 α
＝ 0.1、补给面积 A＝ 2200× 3700(m2)。
W1 ＝ 0.001αPA ＝ 490842m3
(2) 侧向补给量 W2
由当地水文地质资料中查得。该区范
围内为砂质壤土，地下平均含水层厚度
20m，层内渗透系数＝ 20m／ d，周边主要
承受南部边界地下水补给，北边界略有排
除、东边界和西边界地下水坡降为 0。由
地下水等值线图分析确定补给区,
南边长 L1＝ 3700m,坡降 J1＝ 0.004；
西边长 L2＝ 2200m,坡降 J2＝ 0；
东边长 L3＝ 2200m,被降 J3＝ 0；
北边长 L4＝ 3700m,坡降 J4＝ 0.001。
侧向补给量 W2＝ 365K h含 （ L1J1＋ L2J2
＋ L3J3＋ L4J4）
＝ 1620600 m3
(3)田间灌溉回归水入渗量 W3
由当地灌溉试验提出, 作物灌溉定额
M＝ 200m3 ／亩, 实 测 灌 溉 回归 系 数
β= 0.02,灌溉面积 10500亩 。 W3 ＝ βMA
＝ 42000 m3 。
该区地下水总补给量 (开发利用量 ) W
＝ W1 ＋ W2＋ W3,所以 W＝ 215.3442万 m3。
2,需水量计算
(1)灌溉需水量
根据当地灌溉试验资料选取作物各生
育期作物需水量, 设计年取中等干旱年即
灌溉保证率 75％ 时的作物阶段降水量 。 按
降水有效利用系数 σ 0(小麦 σ 0 ＝ l。 夏玉
米 σ 0 ＝ 0.8,棉花 σ 0 ＝ 0.9)。
折算后得有效降水量, 由作物需水量
减去有效降水量, 亏缺水量即为净灌溉水
量 。 取管灌水利用系数 η ＝ 0.85,试计算
毛 灌 溉 水 量 。 灌 溉 总 需 水 量 为
202.03+15.05+20.8=237.88万 m3。
(2)林, 果, 瓜, 菜等及其他需水量
按规划要求,林, 果, 瓜, 菜总需水量 30
万 m314.6万 m3,工副业需水量 42.9万 m3,
合计 87.5 m3 。
该区总需水量为 237.88+ 87.5＝ 325.38
万 m3 。
3,供需平衡分析及处理办法
供水量 215.34万 m3
需水量 325.38万 m3
本区缺水 325.38 - 2l5.34＝ 110.04万 mm3
为保持供需水量基本平衡，建议用
两种办法解决。一是调整作物种植结构，
改变作物布局，减少冬小麦种植面积，
控制在 6000亩左右为宜，适当增大复种
指数。推行一年两熟制，加大瓜菜种植
面积，错开灌水高峰期。二是有条件时
建议采用补源措施。灌区外的某干渠，
引水流量 0.5m3/s。通过二级扬水，将干
渠水调入本灌区，以达水资源来补平衡。
第三节 管道系统布置
一, 管道系统布臵的基本原则
1)管道系统布臵应做到排水, 道路, 林带,
供电等系统紧密结合, 统筹安排, 并充分
利用原有水利和其他工程设施 。
2)根据当地的交通、能源、材料供应等
条件及经济、技术、劳力等情况。因地制
宜地选择管材。
3)管网布臵力求管线总长度短, 控制面积
大, 并作到管线平顺, 减少拐弯, 起伏等
现象 。 达到投资少效益高的目的 。
4)支管 (田间末级地埋管道 )走向应与作物
种植方向及地形坡度相适应 。
5)根据现行生产管理体制, 确定出水口间
距, 使之适用于用户管理, 有利于轮灌,
达到省水, 节能的目的 。
管路铺设
二、管网类型
(1)移动式 是指输水, 配水管道均可移动 。
(2)半固定式 是指输水管固定, 配水管移
动 。
(3)固定式 是指输水, 配水管道均固定 。
(4)管渠结合式 是指输水管固定, 田间毛
渠配水
三、固定管网布臵
根据水源位臵, 控制范围, 地面坡度,
田块形状, 作物种植方向等条件, 管网布设
成树枝状或环状两类 。 常见有以下几种形式 。
(1)水源 (机井 )位于田块一侧 常采用, 一,
字形,,T”形,,L”形三种形式。 分别见
图 2-5、图 2-6，图 2-7。这三种形式适用于井
的出水量 20-40 m3／ h，控制灌溉面积 50-100
亩，田块的长宽比 (1／ b)不大于 3。
(2)水源 (机井 )位于田块中心常采用, H”
形或环形,分别见图 2-8，图 2-9。这两种
形式适用于井出水量 40-60 m3／ h、控制面
积 100-150亩，田块的长宽比 (1／ b)＜ 2。
当长宽比＞ 2时，采用长, 一, 字形布臵，
见图 2-l0 。
(3)水源位于田块一侧,控制面积较大成
近似方形地块、作物种植方向与灌水方向
不同时，可布臵成梳齿形 (或环状网 )、龟
骨形（或环状网）两种形式。见图 2－ 11，
图 2－ l2，图 2-13。这些布臵形式适用于
出水量 60－ 100m3/h，控制面积 150-300亩
／ h，田块的长宽比 (1／ b)≈l 的情况。
四, 移动管网使用
移动管网管材可分为移动软管, 移
动硬管, 软管硬管组合式三种类型 。 常
用的使用方法主要有三种方式 。
长畦双浇：单口控制面积 0.09-0.18亩，移动管长
20m，畦田规格为,
长 × 宽＝ (15-20)× (4× 6)m，地面坡度平缓，见图
2-14。
长畦单浇：地面坡度较陡, 灌水方向不易
双向控制时, 采用长畦单浇, 见图 2-15。
方畦双浇：畦的长宽比约等于 l (或 0.6-
1.0)时, 采用方畦双浇 。 管长不宜大于 10m，
畦长不宜大于 10m,见图 2-16。
五, 闸管在田间的使用
移动闸管可以与机井连接，也可与固
定输水管道给水拴连接，闸管或移动软管顺
畦长方向放臵。按畦的宽度设控制闸，使用
时操作闸，直接向畦块配水。畦的规格及灌
水方法与移动管网使用相同。闸管最大长度
不得大于 20m。
管道工程设计
第一节 管道设计流量的确定
管道输水灌溉设计流量是指灌水时期
管道所需通过的最大流量, 它由 水源条件,
作物灌溉制度, 管道工作制度, 灌溉面积,
作物种植结构等因素 综合考虑确定, 它是
管网布臵, 管径选择, 管材强度复核, 管
道水力学计算 等的主要依据 。
一, 灌溉制度
农作物的 灌溉制度 是指播种前及全生育
期的灌水次数, 灌水日期, 灌水定额及灌溉
定额 。
作物的灌水定额和灌水周期随年份和生
育阶段不同而不同 。 在管道设计中, 应选择
符合设计代表年的最大灌水定额和灌水周期
作为设计依据 。 具体的计算方法, 等同于喷
灌工程, 这里就不在赘述 。 下面只介绍一些
实际中的例子 。
(一 )灌水定额
例 3-1 某试区各小麦抽穗期土壤计划湿润层
深为 0.6m,土壤平均干容重 γ ＝ 1.45t／ m3,
田间持水量 β 田 ＝ 22％, 求冬小麦抽穗期灌水
定额 。
解, m = 667 H γ (β 1 - β 2) /η 田
= 667× 0.6× 1.45(0.209-0.143)/0.95
≈ 40(m3/亩 )
冬小麦抽穗期灌水定额为 40m3／亩 。
灌水定额常以单位面积用水量表示（ m3 ／
亩），有时也可以水层深度 (mm)表示,1mm＝
2/3 m3／亩 。
例 3-2 某灌区冬小麦抽穗期日需水量
Ep=7.5mm/d,同期灌水定额 40 m3／亩,
求冬小麦抽穗期灌水周期 。
解,
T＝ m/Ep = 40 /（ 7.5× 2/3） ＝ 8（ d）
(一 )灌水周期
第二节 管网优化设计与管径选择
管网优化设计，主要是优化管网布
臵与各级管道管径的选择。为此。将管
网布臵要素 (包括各级管道的位臵、走向、
间距、条数、长度、分水口个数及位臵、
出水口个数及田间分布等 )及各级管道的
管径 作为优化分析的决策因素。
影响管网系统费用的主要因素是 管网系
统的形式、布臵方式、管材及管径 等。管网
系统投资由基建投资和运行管理费用两部分
组成。当管网系统布臵型式和管材一定时，
管径增大，投资增大，由于管径增大，水头
损失减少，从而减少了运行费用。反之，亦
成立。因此，在各级管道管径的多种组合
中．必有一种最优管径的组合，使总投资最
低。
优化设计 是分析社会投入及产出大小
的一种手段, 可以采用不同的经济指标作
入优化分析的目标 。 例如, 在费用一定的
条件下, 效益最大 。 或在经济效益一定的
前提下, 投资最小, 经济效益与费用比最
大 。
具体的设计，参考喷灌工程设计，这
里不在赘述。
第三节 管道水力计算
一, 沿程水头损失计算
（ 一 ） 有压管道沿程水头损失计算
有压管道沿程水头损失, 常用达西公式计算 。
（ 二 ） 硬质塑料管道沿程水头损失计算 。
（ 三 ） 混凝土等当地材料的管道沿程损失计算 。
（ 四 ） 地面移动软管的沿程水头损失野外测试值
二, 局部水头损失计算
1,串联管道系统
2,并联管道系统
3,连续出流管道
三, 管网水力计算
1,枝状管网
2,环状管网
四, 多孔系数
五, 水击压强计算
例 3－ 6 有一地下输水管道, 机井至出水口距
离为 200m,混凝土管直径 100cm,壁厚 10cm,管
中流速 1.5m／ s,求出水口在 2.5s和 10s时间内
关闭时的最大水击压强升高值 。
解,经查表知 α ＝ 0.1,水击波速为,
C＝ 1435/(1+αd/σ) 0.5=1018(m/s)
判别水击类型,
T传＝ 2l/C＝ 2× 200/1018＝ 0.4(s)
T关＝ 2.5s或 10s,T传 <T关, 均为间接水击 。
T关＝ 2.5s时,
H间＝ 2lv0/（ g(T传＋ T关 )） ＝ 21.1(m)
T关＝ 10s时,
H间＝ 2lv0/（ g(T传＋ T关 )）＝ 5.9(m)
水泵及其动力机
水泵按能量转换方式, 通常可分为 有
转子泵和无转子泵 两类 。 前一类如叶片泵,
容积泵和涡漩泵等；后一类如水锤泵, 射
流泵电磁泵等 。
叶片泵效率高、成本低、结构紧凑、
使用简便、运转可靠、适用范围广、是最
通用的一种水泵。低压输水灌溉系统中应
用的水泵都是叶片泵，而且多数都是离心
泵和井泵。
50NB-20型清水离心泵机
组
一、水泵的分类
低压输水管道灌溉系统中，主要采用
叶片泵中的离心泵包括 单级单吸离心泵 (如
BA型,B型,IB型,IS等 ),单级双吸离心泵
(如 Sh型,S型等 )〕 及 井泵 (包括长轴深井泵，
如 JD型,J型,JC型等及深井潜水电泵，如
QJ型,JQ型,NQ型 )等。对于其他的一些农
用泵，如轴流泵、混流泵等，因低压输水灌
溉系统比较少用，在此不作介绍。
低压管灌中的水泵选型等与喷灌工程
基本相同，请设计人员参考，这里就不在赘
述了。
井
泵
的
几
种
安
装
形
式
第二节 动力机的选型配套
泵站动力机的选配，首先取决于建站
地区的能源供应情况，然而结合工程实际
选定。
泵站最常用的动力机有 电动机和柴油
机 。对于井泵而言，一般是成套供应的，
尤其潜水电泵、其电动机与水泵是组合成
整机销售的。只有当长轴井泵和电功机
(或柴油机 )不成套供应时，才需另行配套 。
(一 )选配原则
1)对于离心泵站 (或浅井 )配用电动机时,
应根据电源容量大小, 电压等级, 水泵轴
功率, 转速以及传动方式等条件来确定电
动机的类型, 容量, 电压和转速等工作参
数 。
2)对于小型泵站和井泵站中, 一般选用三
相交流感应电动机中的鼠笼式或绕线式电
动机 。
当功率小于 100kW时
功率在 100－ 300kw时 。
管 材
管材 是低压管道输水灌溉系统的重要
组成部分, 它直接影响工程质量和造价 。
本章除简要介绍国家标准塑料管外, 将重
点介绍, 七五, 攻关项日中各地研制应用
的一批适合低压输水的新型管材 。
第一节 塑料管
塑料管具有重量轻, 内壁光滑, 输水
阻力小, 耐腐蚀, 施工安装方便等特点 。
一, 国家标准塑料管
国家标准塑料管主要有 聚氯乙烯管 （ PVC）
高密度聚乙烯管 (HDPE)、低密度聚乙烯管
（ LDPFE），改性聚丙烯管 (PP)。国家标准中
有关上述管材的规格，公称压力和壁厚的关
系，管材的性能指标要求查相关规范，除规
范中所列性能指标要求外，在选用时还要对
管材的外观进行检查，如管材内外壁应光滑、
平整、不允许有气泡、裂隙、显著的波纹、
凹陷、杂质、颜色不均及分解变色线等。
维塑软管
第二节 水泥预制管
近年来研制了多种预制管, 如 水泥砂土
管, 水泥砂管, 水泥土管, 水泥石屑管, 水
泥炉渣管, 路壁混凝土管 等 。
第三节 现场连续浇注管
现场连续浇注管 (简称现浇管 )，指在现
场浇注成型的素混凝土管或水泥砂浆管等。
该类管材在现场连续浇注成型，整体性好且
可应用当地材料，造价低廉。
管件与附属设备
低压输水管道系统的管件把管道连接
成完整的管路系统。管件包括 三通、弯头、
四通、堵头等 。附属设备是指能使管道安
全、正常运行并实施科学管理的装臵、包
括供水装臵、保护装臵和量测设施等。
第一节 管 件
从材质上分，有混接土、塑料、钢、
铸铁等不同原材料制成的管件。
第二节 给 水 装 置
给水装臵是低压输水管道的主要田间
灌水装臵。给水装臵有两类，一类是直接
向土渠供水，称 出水口 ；另一类是可以接
下一级软管或闸管系统的，称 给水栓 。一
般情况每个出水口 (包括给水栓 )控制面积
在 10亩左右。出水口压力个小于 0.002MPa。
选用出水口 (包括给水栓 )应从它的技术性能
指标、造价和在田间工作的适应性综合考虑。尽
量满足以下条件,
1)结构简单，坚固耐用。
2)密封性能好．关闭时不渗不漏。
3)水力性能好，局部水头损失小。
4)整体性好，开关方便，易于装卸。
5)功能多，除供水外，尽可能具行进排气，消除
水锤、真空等功能，以保证管路的安全运行。
6)造价低。
根据止水原理，出水口可分为外力止水、内水
压止水、柱塞止水等型式。
一、外力止水
外力止水是指借助外力封闭管口，保证它
的密封性，其结构型式均为压盖型。这种止水
型式简单，容易加工制作，止水效果好。止水
部件为圆形盖，由钢板或铸铁板粘结橡胶垫组
成，在压杆的垂直压力作用下、压紧立管管口
而止水。
目前已使用的外力止水型出水口，按结构
型式分有以下 7种。
(1)螺杆压盖型 (2)销杆压盖型 (3)杠杆压盖型
(4)弹簧销杆压盖型 (5)搭扣压盖型 (6)丝盖型
(7)法兰压盖型
二, 内水压止水
内水压止水, 是利用管道的内水压力
封闭止水, 压力越大, 止水效果越好 。 这
种型式的出水口一般还兼有排气和进气的
功能, 可起排气阀和真空破坏阀的作用,
是低压灌溉管道特有的出水口型式 。
内水压止水按结构型式分以下 4种 。
(1)浮球型 (2)浮塞型 (3)拉线拍门型
(4)自动封闭插入型
三, 柱塞止水
柱塞止水型出水口, 是将内, 外径
配合紧密的硬塑管彼此套插, 在内管上
套止水密封橡胶圈, 形如柱塞, 使其移
动来开启和关闭出水口 。
柱塞止水型出水口有 2种型式,
(1)柱塞型
(2)自动升降型
第三节 管道安全装置
在灌溉过程中, 开, 关水泵过快, 突然
停电, 都会 使管道的压力瞬时增大或产生负
压, 引起 管道爆裂或被大气压瘪 。
停泵或突然停电时, 潜水泵竖管的水
在重力作用下, 迅速回流入井, 整个管道内
的水, 在虹吸作用下也回流入井, 管道内产
生瞬时负压, 水泵和电机高速倒转, 致使管
道和机泵损坏 。
此外, 由于操作不当, 如先合闸开泵,
再去打开出水口, 致使管道成受很大压力,
也会使管道爆裂 。
为防止上述事故的出现, 必须在管道
上设臵安全保护装臵 。 已在低压输水管道
上使用的安全装臵有以下几种 。
1,调压管
2,球阀型进排气装臵
3,平板型进排气装臵
4,进排气阀 (单流门 )
5,安全阀
第四节 计 量 设 备
为实现计划用水, 按量计征水费, 促进
节约用水, 必须在低压输水管道系统安装量
测设备, 对用水, 用电, 机泵运行时数等于
以记录 。
明渠测流, 一般采用 三角堰, 梯形堰,
这些堰板应校现定设臵在由管道出水口供水
的土渠上 。 计算公式可参考有关测流手册 。
管道流量的测试可采用 流速流量计, 水
表, 孔板差压量水计, 电磁流量计, 超声波
流量计 等 。
经济效益分析
低压管道输水灌溉工程的经济效益
分析，应按, 水利经济计算规范, 的计
算方法和基本准则进行。其目的在于从
经济上衡量某管道输水灌溉工程是否可
行，以及对不同的方案进行选优。计算
时吸对所得效益和所付费用 (包括投资和
运行费 )用货币指标表示。具体分析等同
于喷灌工程，这里不作介绍了。
