坡地噴灌的規劃布置與應用

坡地噴灌的規劃布置與應用

摘要：如何搞好坡地噴灌系統的布置是發展山區、半山區節水灌溉的主攻方向。在坡地上布置噴灌系統比平地上布置要復雜得多，除考慮水源灌區位置外還應抓住地形這一主要矛盾。本文根據地形特點簡述噴灌系統的組成及其布置原則，探討了坡地噴灌的具體規劃布置與應用中應該注意的問題。
關鍵詞：坡地；坡地噴灌；布置
一、噴灌系統的組成及主要布置原則
（一）噴灌系統的組成
1．水源工程
（1） 蓄水工程：蓄水工程的作用主要在于將坡地徑流及地上潛流攔蓄起來，減少水土流失危害，灌溉農田，提高作物產量。在噴灌系統布置中當水源高于灌區地面，且具有自壓噴灌要求的水頭時，往往需要修建蓄水池，以利用調節來水量及壓力水頭；如果水源位置較低需要機械加壓時，為了能有一定的調蓄水量的能力，也需修建蓄水池，但此時要求的蓄水池容積較小，通常日調節即可。蓄水池形狀以圓形較好，因為在相同周長條件下圓形蓄水池可比方形蓄水池多蓄水20%。
（2）機械加壓泵站：坡地噴灌系統上最好是分級、分段設置加壓泵站，一般有兩種形式。一種是修建一固定泵站，內設多臺水泵灌區內實行輪灌，當灌溉低處灌區時，開一臺水泵，當灌溉高處灌區時，可采用兩臺水泵串聯加壓。另一種形式是按灌區位置分級設置泵站，灌區下方水源設置一泵站，灌溉較低的灌區在坡地適當位置設一或二處泵站，多級提水加壓以保證灌區各種壓力比較均衡。
2．輸配水系統。將水從水源處引至灌區，再將水分配至田間的各級壓力管道稱輸配水系統。其分級與平地輸配系統相同視灌溉面積大小及地形復雜的程度輸配水系統可分為干管、支管兩級。干管、分干管、支管三級或總干管干管分干管支管四級坡地上布置輸配水系統，不但要考慮管路在平面位置上的布置，還要考慮到沿高程上的立體布置。
3．調壓穩壓及減壓設施。坡地噴灌由于灌區內高差大，壓力不平衡，管道輸水容易產生水錘現象，必須增加調壓穩壓設備。有時同一灌區坡上與坡下相差數十米、甚至百余米，當水源與噴灌區下邊界的落差大于管道允許承壓能力時，就需要采用減壓措施，否則部分管道壓力過大，不僅嚴重影響噴頭的正常工作，而且使壓力管道承受過高的壓力造成投資材料的浪費，為此必須設有減壓設施。
（1）調壓水塔
利用調壓水塔調壓將水提蓄到50—70 米高的蓄水塔中，調壓塔起到儲水蓄能作用保證了管網系統的壓力穩定。
（2）調壓罐
大型噴灌系統中大多設置調壓罐，主要采用立式旁通內部水氣自然分隔的調壓罐和臥式全流量通過水氣自然分離調壓罐兩種形式，調壓罐的作用及其工作原理如下：
1）灌區噴水量變化所引起的管網水流壓強的變化，通過安裝在調壓罐上的壓力傳感裝置或水位傳感裝置，起閉水泵，調整水泵運行臺數。但灌水量變化有時會在某一點上來回擺動，而導致同一臺水泵頻繁啟閉，為此調壓罐必須保留一定水量，在出現上述情況時，靠調壓罐向管網充水保持恒壓。
2）調壓罐上部為壓縮空氣，氣體壓強與水壓強是一致的，在設計壓強上限時，罐中水位上升氣體處于最大壓縮狀態在設計壓強下限時（一般上下限之差控制在98KPa 之內），罐中水位下降，氣體處于最小壓縮狀態。罐中水位與壓強變化有固定關系關系。發生變化，說明調壓罐中的空氣量被水帶走而減少通過水位傳感裝置起動空氣壓縮機，及時補氣。保持罐內水位始終處于設計狀態。
3）靠急劇壓縮調壓罐上部的氣體吸收噴灌系統運行中出現的水錘壓力，必要時還可以靠調壓罐上端設置的排氣閥，在超過設計壓強時自動排氣降壓。
（3）減壓池
根據灌區面積大小，高差多少，管道承壓能力和噴頭對壓力的要求，可在不同高程上設置多個減壓池，其作用是將上部壓力管道的水通過閥門進入減壓池，再以減壓池為起點，向下部管道輸水，灌溉下部灌區水源水位與減壓池水位的高差，或上下兩個減壓池的水位差即為減少的管道壓力，減壓池是目前最簡單易行的減速壓措施。
（二） 支管系統的主要布置原則
坡地上布置管道系統除一般布置原則外應強度以下幾點：
1．輸配水管網的布置應能控制全灌區，并使管道總長度最短，造價最小，同時有利于水防護，在機壓系統中還應考慮使運行費用最省，注意管道安全，選擇較好的基礎等。
2．當地形坡度較陡時，一般應使干管沿主坡方向布置，路線可短些，支管則可平行等高線布置，這樣有利于控制支管的水頭損失，使支管上各噴頭工作壓力盡量一致，也有利于使豎管保持鉛垂，保證噴頭在水平方向旋轉。在梯田上布置管道時支管一般沿梯田水平方向布置，可減少支管與梯田相交而增加彎頭等設備。但是在果園中非密植作物支管也可垂直等高線或梯田布置可借孔也板等設備使支管上各噴頭壓力均衡，但盡量避免支管向上坡布置。
3 支管的布置應盡量與作物耕作方向一致，對固定式噴灌系統，可減少豎管對機耕的影響，對半固定式噴灌系統，移動支管時，便于在田壟間裝卸，操作方便也可避免踐踏作物，同時充分考慮地塊形狀力求使支管長度一致，管子規格統一管線平順，減少折點。
二、坡地噴灌的規劃布置與應用
根據山區半山區固定管道式或半固定管道式噴灌系統規劃布置大致可歸納以下幾種型式：
（一） 較規則的一面坡或兩面坡地形
1．梳子形管網。灌區地形為一面坡面積，呈帶形分布，當灌溉范圍較小地面高差不大時，一般需兩級管網，可采用干管平行等高線支管垂直等高線見。如果灌區范圍較大，地面坡度較陡，坡面多被山溪、河溝分割，但總體看地形呈一面坡可采用三級管網控制干管布置，在灌區坡面上方控制全灌區分干管以梳子形垂直等高線布置，支管基本上平行等高線。

2． 豐字形管網。地面呈一面坡，灌區范圍較大但可采用兩級管網控制，地形較規則，一級干管垂直等高級布置，支管由干管向兩側平行等高線布置形成豐字形管。
（二）丘陵山區地形起伏變化大
這類地區地形起伏不定往往形成山崗相連溝壑相間的地段一般以山梁為單元布置管道系統視地形坡度大小走向及規則程度又可分為以下幾種形式：
1．灌區面積分布在山崗兩側， 干管控制整個山崗，沿山脊垂直等高線布置，下級配分干管及支管，視具體地形可布置成豐字形管網。
2．山崗較平，灌區面積較大，主要干管沿山脊布置，下級管道視具體地形走向合理布置。
3．崗地加一面坡地形視具體地形，崗地以干管走山脊為主，坡地按豐字形或梳子形布置。
4．山勢陡峻，地面坡度大，噴灌面積分布在河谷和山谷兩側，這種地形較復雜，骨干管網通常沿山崗分水嶺布置控制全灌區下級管道視地形條件，合理布置。
（三）饅頭山狀地形
在坡地上布置噴灌系統常常會遇到弧山頭，此時大多水源在低處，需機械加壓，管道布置視面積大小及山坡情況而異。
1．面積較小，引一條干管上山即可支管沿等高線平行繞圈布置這種形式有時坡下的支管過長，影響噴灑質量。
2．面積較大，引一條干管上山并沿脊線控制全部面積，在適當的地方引出分干管支管可分別由干管或分干管引出沿等高線布置。
3．饅頭山上陡下緩，過陡處不要求灌溉，可沿山腰布置環形干管，向四周引出分干管并視灌溉范圍布置支管。
除上述按地形分類進行管網布置外，在噴灌系統中還有按最優路徑法，或按造價最小原則修正最優路徑法布置管網。

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