2023年精 品[精品]005低压管道输水技术.doc

2023精品 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，防止了跑水漏水现象，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局部、输水配水管网系统和田间灌水系统3局部组成，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良水闸、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局部，它仍属地面灌水，因而应采取地面节水灌溉技术，到达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，井灌区大局部采用直送式。 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局部固定，另一局部移动。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局部，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，选择塑料管那么可能是经济的。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，既开展了节水灌溉，又有利于环境保护；对将来可能开展喷灌的地区，应选择承压能力较高的管材，便于开展喷灌时利用；对于山区果园灌溉，将来可能开展微灌的地方，可局部选择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、方便施工的原那么。同时还应考虑生产厂家的生产能力和信誉，以防止不必要的纠纷。 〔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，参加其他材料，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，而是外刚度缺乏，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根本一致；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；局部使用塑料管，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，施工安装比拟简单。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2023mm)。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参加了钢丝网骨架，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