坡地喷灌的规划布置与应用

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摘要：如何搞好坡地喷灌系统的布置是发展山区、半山区节水灌溉的主攻方向。在坡地上布置喷灌系统比平地上布置要复杂得多，除考虑水源灌区位置外还应抓住地形这一主要矛盾。本文根据地形特点简述喷灌系统的组成及其布置原则，探讨了坡地喷灌的具体规划布置与应用中应该注意的问题。 

关键词：坡地；坡地喷灌；布置  一、喷灌系统的组成及主要布置原则  （一）喷灌系统的组成  1．水源工程  （1） 蓄水工程：蓄水工程的作用主要在于将坡地径流及地上潜流拦蓄起来，减少水土流失危害，灌溉农田，提高作物产量。在喷灌系统布置中当水源高于灌区地面，且具有自压喷灌要求的水头时，往往需要修建蓄水池，以利用调节来水量及压力水头；如果水源位置较低需要机械加压时，为了能有一定的调蓄水量的能力，也需修建蓄水池，但此时要求的蓄水池容积较小，通常日调节即可。蓄水池形状以圆形较好，因为在相同周长条件下圆形蓄水池可比方形蓄水池多蓄水20%。  （2）机械加压泵站：坡地喷灌系统上最好是分级、分段设置加压泵站，一般有两种形式。一种是修建一固定泵站，内设多台水泵灌区内实行轮灌，当灌溉低处灌区时，开一台水泵，当灌溉高处灌区时，可采用两台水泵串联加压。另一种形式是按灌区位置分级设置泵站，灌区下方水源设置一泵站，灌溉较低的灌区在坡地适当位置设一或二处泵站，多级提水加压以保证灌区各种压力比较均衡。  2．输配水系统。将水从水源处引至灌区，再将水分配至田间的各级压力管道称输配水系统。其分级与平地输配系统相同视灌溉面积大小及地形复杂的程度输配水系统可分为干管、支管两级。干管、分干管、支管三级或总干管干管分干管支管四级坡地上布置输配水系统，不但要考虑管路在平面位置上的布置，还要考虑到沿高程上的立体布置。  3．调压稳压及减压设施。坡地喷灌由于灌区内高差大，压力不平衡，管道输水容易产生水锤现象，必须增加调压稳压设备。有时同一灌区坡上与坡下相差数十米、甚至百余米，当水源与喷灌区下边界的落差大于管道允许承压能力时，就需要采用减压措施，否则部分管道压力过大，不仅严重影响喷头的正常工作，而且使压力管道承受过高的压力造成投资材料的浪费，为此必须设有减压设施。  （1）调压水塔  利用调压水塔调压将水提蓄到50—70 米高的蓄水塔中，调压塔起到储水蓄能作用保证了管网系统的压力稳定。  （2）调压罐  大型喷灌系统中大多设置调压罐，主要采用立式旁通内部水气自然分隔的调压罐和卧式全流量通过水气自然分离调压罐两种形式，调压罐的作用及其工作原理如下：  1）灌区喷水量变化所引起的管网水流压强的变化，通过安装在调压罐上的压力传感装置或水位传感装置，起闭水泵，调整水泵运行台数。但灌水量变化有时会在某一点上来回摆动，而导致同一台水泵频繁启闭，为此调压罐必须保留一定水量，在出现上述情况时，靠调压罐向管网充水保持恒压。  2）调压罐上部为压缩空气，气体压强与水压强是一致的，在设计压强上限时，罐中水位上升气体处于最大压缩状态在设计压强下限时（一般上下限之差控制在98KPa 之内），罐中水位下降，气体处于最小压缩状态。罐中水位与压强变化有固定关系关系。发生变化，说明调压罐中的空气量被水带走而减少通过水位传感装置起动空气压缩机，及时补气。保持罐内水位始终处于设计状态。  3）靠急剧压缩调压罐上部的气体吸收喷灌系统运行中出现的水锤压力，必要时还可以靠调压罐上端设置的排气阀，在超过设计压强时自动排气降压。  （3）减压池  根据灌区面积大小，高差多少，管道承压能力和喷头对压力的要求，可在不同高程上设置多个减压池，其作用是将上部压力管道的水通过阀门进入减压池，再以减压池为起点，向下部管道输水，灌溉下部灌区水源水位与减压池水位的高差，或上下两个减压池的水位差即为减少的管道压力，减压池是目前最简单易行的减速压措施。  （二） 支管系统的主要布置原则  坡地上布置管道系统除一般布置原则外应强度以下几点：  1．输配水管网的布置应能控制全灌区，并使管道总长度最短，造价最小，同时有利于水防护，在机压系统中还应考虑使运行费用最省，注意管道安全，选择较好的基础等。  2．当地形坡度较陡时，一般应使干管沿主坡方向布置，路线可短些，支管则可平行等高线布置，这样有利于控制支管的水头损失，使支管上各喷头工作压力尽量一致，也有利于使竖管保持铅垂，保证喷头在水平方向旋转。在梯田上布置管道时支管一般沿梯田水平方向布置，可减少支管与梯田相交而增加弯头等设备。但是在果园中非密植作物支管也可垂直等高线或梯田布置可借孔也板等设备使支管上各喷头压力均衡，但尽量避免支管向上坡布置。  3 支管的布置应尽量与作物耕作方向一致，对固定式喷灌系统，可减少竖管对机耕的影响，对半固定式喷灌系统，移动支管时，便于在田垄间装卸，操作方便也可避免践踏作物，同时充分考虑地块形状力求使支管长度一致，管子规格统一管线平顺，减少折点。  二、坡地喷灌的规划布置与应用  根据山区半山区固定管道式或半固定管道式喷灌系统规划布置大致可归纳以下几种型式：  （一） 较规则的一面坡或两面坡地形  1．梳子形管网。灌区地形为一面坡面积，呈带形分布，当灌溉范围较小地面高差不大时，一般需两级管网，可采用干管平行等高线支管垂直等高线见。如果灌区范围较大，地面坡度较陡，坡面多被山溪、河沟分割，但总体看地形呈一面坡可采用三级管网控制干管布置，在灌区坡面上方控制全灌区分干管以梳子形垂直等高线布置，支管基本上平行等高线。 2． 丰字形管网。地面呈一面坡，灌区范围较大但可采用两级管网控制，地形较规则，一级干管垂直等高级布置，支管由干管向两侧平行等高线布置形成丰字形管。 （二）丘陵山区地形起伏变化大 这类地区地形起伏不定往往形成山岗相连沟壑相间的地段一般以山梁为单元布置管道系统视地形坡度大小走向及规则程度又可分为以下几种形式： 1．灌区面积分布在山岗两侧， 干管控制整个山岗，沿山脊垂直等高线布置，下级配分干管及支管，视具体地形可布置成丰字形管网。 2．山岗较平，灌区面积较大，主要干管沿山脊布置，下级管道视具体地形走向合理布置。 3．岗地加一面坡地形视具体地形，岗地以干管走山脊为主，坡地按丰字形或梳子形布置。 4．山势陡峻，地面坡度大，喷灌面积分布在河谷和山谷两侧，这种地形较复杂，骨干管网通常沿山岗分水岭布置控制全灌区下级管道视地形条件，合理布置。 （三）馒头山状地形 在坡地上布置喷灌系统常常会遇到弧山头，此时大多水源在低处，需机械加压，管道布置视面积大小及山坡情况而异。 1．面积较小，引一条干管上山即可支管沿等高线平行绕圈布置这种形式有时坡下的支管过长，影响喷洒质量。 2．面积较大，引一条干管上山并沿脊线控制全部面积，在适当的地方引出分干管支管可分别由干管或分干管引出沿等高线布置。 3．馒头山上陡下缓，过陡处不要求灌溉，可沿山腰布置环形干管，向四周引出分干管并视灌溉范围布置支管。 除上述按地形分类进行管网布置外，在喷灌系统中还有按最优路径法，或按造价最小原则修正最优路径法布置管网。