摘要：随着微灌技术的发展，农业节水已取得一定成效，但灌溉需将水输送到农作物的根部，有时受地域限制，需长距离输水，这就造成水资源在输送过程中产生很大能源浪费，致使农业用水利用率低下。因此，研究灌溉输水管道减阻方法对提高农业用水利用率具有重要意义。
关键词：节水灌溉;输水管道;管道分类;需求
引言：
管道是灌溉输水工程中的重要组成部分，管道的选材、选型直接影响到工程建设的质量和经济性。对灌溉输水涉及管道分类基础上，对常见管道的管径范围、压力等级和密度、管道力学特性及水力学性能进行了总结和比较。结合管道的特点，提出了灌溉现代化进程中对管道的新需求和建议。
1管材比选
1.1离心球墨铸铁管
球墨铸铁是1948年研发成功的一种高性能材料，球墨铸铁中石墨是以球状形式存在，即保持了铸铁的传统特点又增加了良好的可延伸和抗冲击的特性，因此又称为延性铸铁管，其强度比钢管大，延伸率也高出10%。球墨铸铁管的防腐性能很大程度上决定于水泥内衬，但管道内衬水泥砂浆易结垢，对水质有一定影响；内衬粗糙系数n=0.012，阻力大、能耗高；单根管长≤6m，自重大，虽接口多但方便，敷设要求较低，安装性能良；管道强度、刚度、韧性、抗冲击等性能优，承压较高，使用寿命接近50a。但是价格较高，几乎是玻璃钢夹砂管和预应力钢筒混凝土管的两倍。
1.2预应力钢筒混凝土管
预应力钢筒混凝土管是一种技术先进、应用范围广泛的新型压力介质输送管材，是用钢筒与混凝土制作的复合管，管心为混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm钢筒，在管芯上采用机械张拉缠绕高强钢丝增强环向预应力，并在其外部喷水泥砂浆保护层。该管的特点是由于钢套筒的作用，抗渗能力非常好。管子的接口采用钢制承插口，尺寸较准确，并设橡胶止水圈(单胶圈或双胶圈)，因而止水效果好，安装方便。从管材的结构看，由于预应力钢筒混凝土管管壁的外层是喷水泥砂浆层，强度低，抗渗标准低，透水性强，外壁防腐层在施工过程中稍有不慎，外层混凝土就会缺角掉块形成暗伤，外水就很容易渗透到整个外层水泥砂浆层里。如遇有腐蚀性作用的水，一旦发生外水渗透到水泥砂浆层内，水泥砂浆很快就会失去强度，预应力钢丝被腐蚀后管道的承载力降低，最终会导致穿孔爆管破坏。
1.3钢塑复合管
涂塑复合钢管是以焊接钢管为中间层，聚乙烯或环氧树脂为内外层，采用专用热熔胶，通过挤出成型方法复合而成，实际上是已做好防腐涂层的焊接钢管。管道基管虽易被腐蚀，但内、外壁涂塑后由于防腐质量上乘、涂层光滑，其耐腐蚀性能大幅度提高、水力特性大为改善，几乎可以与塑料管媲美。但该种管材造价高，遇腐蚀性地基时尚需考虑阴极保护措施，现场焊接时必须有电源，采用焊接连接时必须考虑接口处管外壁防腐的现场处理。采用焊接连接对处于湿陷性黄土地基适应性能较强。
2管道的特性
2.1管径范围、压力等级和密度
PVC－U管和PE管的管径一般小于630mm，常用于短距离输水和田间灌溉管道。普通焊接钢管和铸铁管的最大管径比普通塑料管稍大，其承压能力高，一般用于闸阀连接、首部工程和泵站的进水和出水管道以及明铺的灌溉输水工程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆玻璃钢夹砂管、预应力混凝土管、竹缠绕复合管的管径大于等于315mm(其中预应力钢筒混凝土管、预应力钢筋混凝土管的管径最小为400mm)，最大管径可以达到3000～4000mm，最大承压能力在2．0MPa左右，因此主要用于长距离输水较大口径的管道工程。
2.2管道力学性能比较
管道的力学性能直接关系到有压条件下管道的工作状态，由于玻璃钢夹砂管和PCCP管的性能参数是多种材料协同工作的结果。从拉伸强度和弹性模量上讲，PVC－U管和PE管的弹性模量基本相当，竹缠绕复合管是塑料管道的2～3倍，PE管的拉伸屈服应力比二者都小。镀锌焊接钢管和球墨铸铁管强度最高，其拉伸屈服强度在185MPa以上，钢管的弹性模量和球墨铸铁管相当，在17GPa以上，是塑料管道和竹缠绕复合管的67～244倍。
2.3管道水力学性能比较
我们采用糙率系数n对不同管道的水力学性能进行对比分析。在过流量、管道坡度一定的情况下，糙率系数n越大，相应的管道直径也越大。在一般条件下，PVC－U管、PE管和玻璃钢夹砂管的糙率系数较小，介于0．008～0．01之间，在设计中可能取较大值。镀锌钢管和球墨铸铁管的糙率系数n在0．0105～0．014之间变化，当在管内设有聚氨酯内衬时，管道的糙率系数n减小到0．0081左右。PCCP管的糙率系数n与制造工艺有直接关系，我国目前预应力混凝土管糙率系数设计值的推荐范围为0．0110～0．0115，糙率系数试验值的范围为0．0095～0．0123，竹缠绕复合管道的糙率为0．011。
3灌溉现代化对管道的需求
在灌溉现代化过程中发展管道输水灌溉是重要的方向。
3.1管道的密闭性
开放式的渠道中水流为重力式流动，而管道内是一个密封的空间，可以加压提高水流流速，提高供水及时性。同时管道渗漏少，可埋于地下不易受到破坏，有助于提高供水的可靠性。管道的密闭性有助于通过变频设备和闸阀联动调节，对管道内的水量和流速进行实时控制。水肥一体化是现代农业发展的趋势，除了节省人力外，容易实现肥随水走，提高灌溉施肥肥效和养分利用率，减少施肥总量，降低因过量施肥带来的水体和环境污染问题，进而增加投资收益率。
3.2管道的灵活性
管道的灵活性体现在其管径范围跨度大，其管径介于16～4000mm之间。管道的灵活性有助于实现输配水的灵活性。在输配水过程中，依据用水户的需求进行灵活的调度是供水可靠化涵义的延伸，也是实现用水精准化的前提条件。灌溉调度的目的在于实现水资源的时空优化配置。一方面，管道可以深入田间地头，比渠道增加灌溉空间调度的灵活性;另一方面，管道输水速度快，可以缩短轮灌时间，管道输水比渠道输水更易于实现灌溉调度时间的灵活性。管道的灵活性有助于实现用水精准化。用水精准化是灌溉现代化的最后一环，其表现为田间灌溉的现代化，其含义为借助信息化手段，确保灌溉水均匀、适量和及时送到作物根部，满足作物生长需求。用水精准化需要通过建设喷灌、滴灌、微喷灌和小管出流高效节水灌溉工程来实现。在建设过程中，需要在田间铺设大量的管道，实现灌溉地块的灵活分区、轮灌和自动控制，在节水的同时，节约劳动力，提高产量和肥料利用率。随着农村土地流转和规模化经营的出现，对高效节水灌溉规模化的需求也日益凸显。
3.3管道内壁光滑
由于管道的糙率系数更小，在有压条件和自压条件下，流速比渠道大，在适当的条件下以管道代替渠道，可以提高供水及时性，为田间精准灌溉的实现提供保证。在输配水工程建设中，大口径管道的遴选是灌区管网建设的新需求，产出投入高、工作性能优良、耐候性好、糙率系数小、易运行维护的大口径管道是发展大型灌溉管网的理想选择。
结语：
在发展管道灌溉的进程中，应当充分认识到管道输水灌溉的优越性;按照因地制宜和分步实施的原则，对输水工程和灌溉工程改造的过程中，充分论证管道输水的可行性，分步推进;应该坚持在高标准条件下的低投入原则，增加灌溉工程投资，保证工程建设标准和质量。
参考文献：
[1]梁春玲，刘群昌，王韶华．低压管道输水灌溉技术发展综述［J］．水利经济，2007，25(5):51－52．
[2]周福国，高占义．渠灌区管道输水灌溉技术［J］．中国农村水利水电，1998，(4):44－46．
论文作者:常宏兴
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/17
标签：管道论文; 预应力论文; 系数论文; 混凝土论文; 用水论文; 砂浆论文; 钢管论文; 《防护工程》2019年第5期论文;