农业节水灌溉工程施工技术手册

第一章农业节水灌溉工程概述
第一节农业节水灌溉发展的背景和历史
“节水”一词通俗易懂，更确切的提法应当是“高效用水”。

“节水灌溉”的真正涵义是，在充分利用降水和土壤水的前提下高效利用灌溉用水，最大限度地满足作物需水，以获取农业生产的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益。

我国节水农业发展的历史源远流长，而且及灌溉农业的发展密切相连。

在距今4000多年以前就有了临河挖渠、凿井汲水的灌溉农业，在漫长的历史岁月中，灌溉农业的建设绵延不断，对促进当时的农业生产和社会经济发展起到了十分重要的作用。

灌溉农业的发展主要受水资源的制约，古代的劳动人民在及旱灾进行的长期斗争中，已懂得采用一些简单的节水农业技术，如夯实输水土渠的渠床减少输水渗漏损失；在蒸发量大的西北农田上铺上石子以减少农田土壤水分的蒸发损失等，对节约农业用水起到了一定作用。

但是，由于社会和技术等原因，到1949年我国节水农业的基础十分薄弱，除了在少数灌区建设有少量渠道防渗外，基本上仍是空白。

解放后随着我国灌溉农业的大规模发展，农业水资源的供需矛盾逐渐呈现，节水农业技术开始受到有关部门的重视。

20世纪五六十年代，水利部门就开展了节水灌溉技术研究，到70年代初某些技术已大面积在农业生产中推广应用。

如在自流灌区大力推广渠道防渗衬砌减少输水渗漏损失，田间开展平整
土地、划小畦块，推行短沟或细流沟灌，建立健全用水组织，实行计划用水，按方收费。

70年代中期在机电泵站和机井灌区进行节水节能技术改造。

70年代中到80年代初，在丘陵山区，土壤透水性强、水源奇缺以及实行抗旱灌溉的北方地区和南方经济作物区，推广喷灌、微灌等先进灌水技术。

80年代初到90年代初，在北方井灌区大面积发展低压管道输水灌溉技术。

从90年代开始，进一步将节水灌溉工程技术、农业技术和管理技术有机结合，形成配套技术，并大面积推广田间灌溉，科学用水技术，如小麦优化灌溉、水稻浅湿灌溉、膜上灌等。

及此同时，以提高降水利用率为目标的旱地农业增产技术也得到大面积推广应用。

这些技术的大范围推广应用，使我国节水农业的发展提高到一个新水平。

第二节农业节水灌溉工程的分类
节水灌溉就是充分利用水资源，最大限度的满足农作物需水，以获取最大的经济利益。

农业节水灌溉工程可分为以下类型：
一、低压管道输水灌溉（简称管灌）工程：是以低压管道代替明渠输水灌溉的一种工程形式。

低压管道输水可以大大减少输水过程中的渗漏和蒸发损失，使输水效率达95%以上。

二、膜下滴灌工程：是利用管道系统，将水通过毛管（直径为16mm 的内镶式滴灌带）使水成滴的、均匀的、定量浸润农作物根系，使土壤保持适宜的含水量干松土壤环境，促使农作物的生长。

地膜栽培和膜下灌结合后具有节水、保肥、提高地温、抑制杂草生长和促进作物
高产、优质、早熟等特点。

膜下滴灌是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式，其水的利用率可达95％，可适用于果树、蔬菜、经济作物以及温室大棚灌溉，在干旱缺水的地方也可用于大田作物灌溉。

三、耕层滴灌工程：是把滴灌管埋入地下作物根系活动层内，灌溉水通过微孔渗入土壤供作物吸收。

耕层滴灌具有蒸发损失少、省水、省肥、省工和增产效益显著等优点，果树、棉花、粮食作物等均可采用。

四、微喷灌工程：是利用管道将有压水送到灌溉地段，并通过喷头分散成细小水滴，均匀地喷洒到田间，对作物进行灌溉。

具有节水效果显著，农作物增产幅度大等的优点。

五、涌泉灌（小管出流）工程：是一种用φ4—φ6的PE软管代替滴水灌水器直接伸向作物根部或作物需水区，以小股水流润湿作物活动层土壤的一种新型微灌方式。

涌泉灌（小管出流）抗堵塞能力强，主要用于果树、葡萄等作物的灌溉，水质净化处理简单，管理方便、操作简便，适合我国西北方城市的绿化灌溉。

第三节节水灌溉技术的发展前景
为适应节水农业迅速发展的需要，我国节水农业科学研究和设备研制也取得了长足的进步。

早在1976年中国科学院会同原水电部将喷灌技术列为1976~1985年全国科技十年规划重点项目，1977年年底又列为全国重点推广新技术之一，1978年被正式列入国家农田水利建设计划，80年代以后，国家每年安排专项补助经费和贴息贷款扶持推广。

“七五”期间，低压管道输水灌溉技术研究被列入了国家科技攻关计划。

“九五”期间，节水农业技术研究及示范首次被列为国家科技攻关项目，开展了喷、微灌设备的研制及改进、滴灌技术研究及示范、田间节水灌溉新技术研究、主要农作物节水高效灌溉制度的研究、节水灌溉及农业综合技术研究、人工汇集雨水利用技术研究和灌溉系统配水关键技术研究等７个专题研究。

随着科学研究逐步走向深入，我国节水农业工程设备也得到迅速的发展，经过几十年的研制和开发，特别是近几年不断引进国外先进技术及生产装备，使节水农业工程设备在数量上和性能上都有很大提高。

目前有上百个厂家生产供应节水农业所需的工程设备和工程材料。

除在性能、品种和质量上仍及国际先进水平有较差距外，在数量上已基本能满足现阶段国内发展节水农业的需要。

第二章低压管道输水灌溉技术
第一节低压管道输水灌溉系统的组成
低压管道输水灌溉系统是利用低耗能机泵或由地形落差所提供的自然压力水头将灌溉水加低压（一般不超过0.2MPa），然后再通过低压管道网输配水到农田进行灌溉，以充分满足作物的需水要求的一种节水节能型的地面灌溉（简称管灌）系统。

低压管道输水系统由水源→首部控制系统→干支管网系统→给配水装置等部分组成。

因此，在输、配水上，它是以低压管网来代替明渠输配水系统的一种农田水利
工程形式，而在田间灌水上，通常采用畦、沟灌等地面灌水方法。

及喷灌、微灌系统比较，其工作压力较低，通常在0.1-0.3MPa。

一、水源
低压管道输水灌溉系统及其他灌溉系统形式一样，首先要有符合灌溉要求的水源。

井泉、塘坝、水库、河流湖泊以及渠沟等均可作为低压管道输水灌溉系统的水源，但水源水质应符合农田灌溉用水标准的要求。

及明渠灌水系统比较，低压管道输水灌溉系统更应注意水质，水中不得含有大量污脏、杂草和泥沙等易于堵塞管网的物质，否则应进行相应净化处理后方可引取。

一般情况下都是以井作为低压管道输水灌溉系统的水源。

二、首部控制系统
首部控制系统由水泵、施肥罐、过滤装置及各种控制和量测设备组成，如压力调节阀门、流量控制阀门、水表、压力表、空气阀、逆止阀等。

1、井泵的作用是将水流加压到系统所需要压力并将其输送入管网。

滴灌系统所需要的水泵型号根据滴灌系统的设计流量和系统总扬程确定。

当水源为河流和水库，且水质较差时，需建沉淀池，此时一般选用离心泵。

水源为机井时，一般选用潜水泵。

2、过滤设备是将水过滤，防止各种污物进入灌溉系统引起系统堵塞、磨损，在系统中形成沉淀。

过滤设备有沉淀池、拦污栅、离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器，各种过滤器可以在首
部系统中单独使用，也可以根据水源水质情况组合使用。

一般而言，水源为井水且水质较好时，选用离心+网式过滤器，水源为渠水时一般选用砂石+网式过滤器。

3、施肥罐作用是使易溶于水并适于根施的肥料、农药、化肥药品等在施肥罐内充分溶解，然后再通过灌溉系统输送到作物根部。

施肥罐选择可根据设计流量和灌溉面积的大小，肥料和化学药物的性质而定。

施肥罐操作程序及注意事项
1、操作程序
（1）打开施肥罐，将所需滴施的肥（药）倒入施肥罐中，固体颗粒不易超过罐体容量的1/2。

（2）打开进水球阀，当肥水混合物达到施肥罐容量的2/3后关闭进水阀门，并将施肥罐上盖拧紧。

（3）施肥（药）时，先开施肥罐出水球阀，再打开其进水球阀，稍后缓慢关两球阀间的闸阀，使其前后压力表差比原压力差增加约0.05Mpa，通过增加的压力差将罐中肥料带入滴灌系统之中。

（4）施肥肥药约20－40分钟左右即可完毕，具体情况根据经验以及罐体容积大小和肥（药）量的多少判定。

（5）施完一轮灌组后，将两侧球阀关闭，先关进水阀后关出水阀，将罐底球阀打开，把水放尽，再进行下一轮灌组施肥。

2、注意事项
（1）罐体内肥料必须溶解充分，否则影响施肥效果，并且可能堵塞罐体。

（2）施肥（药）应在灌水后方可施肥，并且在灌水结束前半小时必须停止施肥（药）。

（3）轮灌组更换前应有半小时的管网冲冼时间，即进行半小时滴纯水冲冼，以免肥料在管内沉积。

（4）在安装时特别要注意进出水口的安装以免安反。

三、管网系统
1、干管
干管的作用是向滴灌系统输送全部灌溉水量。

可按最远处的轮灌组从下而上，自远而近计算水头损失。

在安装时，应特别注意胶圈不要倒翻，每根管子必须检查胶圈安装情况，并要求管道平直。

当天安装完成后，应做到用土埋压每根管子，以免因热胀冷缩，造成管道扒开，影响工程质量。

2、支管
支管管灌系统中起输水、划分轮灌区的作用。

干管向支管供水，支管向出水设备供水。

支管一般采用的是PVC管材，管材可根据管灌系统的供水能力及输水距离有多种管径、管壁厚度。

3、给水设备
由地下输水管道向田间沟、畦配水的给水装置，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、灌溉系统
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、给配水装置(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。

第二节低压管道输水灌溉技术的优点和不足
一、低压管道输水灌溉技术的优点
低压管道输水灌溉技术及传统的地面灌水技术相比，优点有：
1、省水
低压管道输水灌溉系统主要通过两个途径省水：
（1）管道输水的渗漏损失和蒸发损失小，可提高水的有效利用率。

实践表明，低压管道输水灌溉系统比土质明渠系统一般可节水30%左右，最高可达56%，比砌石防渗渠道可省水15%左右，比混凝土板衬砌渠道节水约7%。

管网水的有效利用率一般均在0.95以上。

（2）田间灌水损失和浪费小，田间谁的有效利用率高，一般可达0.9以上。

如采用软管由远而近顺畦、沟长方向逐渐较短软管长度灌地，配合长畦分段灌水等较良好的地面灌水方法，可使灌水控制在600m ³/h㎡左右。

灌水均匀度高，比一般的畦、沟和漫灌灌水质量好，节水效果更显著。

2、省能
在提水灌区，低压管道输水灌溉系统省能是及省水相联系的，一般低压管道输水灌溉系统输水和灌水可比土渠系统输水和灌水省能约30%左右。

3、省地
机井灌区田间渠、沟占地面积约2%-3%，抽水灌区渠、沟占地面积约3%-4%。

以管网替代明渠、沟系一般均可省地2%左右，高的可达7%。

4、省工
低压管道输水灌溉系统比明渠系统省工主要表现在：省去了明渠晴雨除草、维修养护用工，同时管道输水快，供水及时，灌水效率高，故可减少田间灌水用工，节约灌水劳力。

一般管道灌溉效率可提高1倍，用工减少50%左右。

5适应性强
低压管道输水灌溉系统设备简单，技术容易掌握，使用灵活方便，可适用于各种地形和不同作物及土壤，不影响农业机械耕作和田间管理，小坡小坎能爬，小弯能拐，沟路林渠能穿，能适应当前农村生产责任制管理体制，能解决零散地块和局部旱地、高地以往灌不上水以及单户农民修渠占地和争水矛盾等问题。

低压管道输水灌溉系统非常适宜单户或联户农民自行管理模式。

6、灌水及时，促进作物增产增收
低压管道输水灌溉系统因减少水量损失和浪费，不但可扩大灌溉面积或增加次数，同时也可改善田间灌水条件，缩短灌水周期和灌水时间，故有利于适时适量及时灌水，从而有效地满足了作物的需水要求，可提高单位水量的产量和产值，促进作物高产增收。

二、不足
1、低压管道输水灌溉系统的建筑物类型比较多，需要的材料和设备较多；
2、规划设计内容比较复杂，施工工期较长；
3、对水源的水质要求较高；
4、对地的形状要求较高。

第三节低压管道输水灌溉工程施工
一、管道系统基本布置
1.管道系统布置的基本原则
1.1管道系统布置应做到排水、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。

1.2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。

1.3管网布置力求管线总长度短．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。

1.4支管(田间末级地埋管道)走向应及作物种植方向及地形坡度相适应。

1.5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。

二、管网的类型
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、固定管网的布置
根据水源位置、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。

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。

2、水源(机井)位于田块中心常采用“H”形或环形。

这两种形式适用于井出水量40-60 m3／h、控制面积100-150亩。

3、水源位于田块一侧，控制面积较大成近似方形地块、作物种植方向及灌水方向不同时，可布置成梳齿形(或环状网)、龟骨形（或环状网）两种形式。

这些布置形式适用于出水量60－100m3/h，控制面积150-300亩／h。

四、具体施工
1、施工前的准备
管道的安装时一个系统工程，在施工安装前对管道工程有清楚的了解，其中包括设计图纸、文件、管材、附件、施工的地理环境等。

只有如此，才能对施工安装中可能出现的问题、技术难点等有一个充分的思想准备，才能采取必要的措施以顺利地完成安装工程。

在管道安装前必须要做好相应的准备工作，其中包括熟悉图纸和施工文件、测量及放线、管道的预制等。

具体为以下：
（1）、及建设单位（业主）签订承建合同或收到中标通知后，掌握施工中要用的全部图纸：设计单位为该工程提供的施工图和标准图；根据对工程实施区域进行实地勘测复核工程；
对于设计部分由我们公司自己承担的，在勘测完之后，绘制施工图纸，并作出相应的工程量清单。

通过熟悉图纸资料，了解设计意图，请设计人员和施工监理人员进行施工交底，了解工程的工艺流程，明确对管道工程的施工安装重点部位的施工安装要求。

仔细研究图纸，及现场实际进行核对。

核对施工要求是否明了，设计是否及灌区地形、水源、作物种植及首部枢纽位置等相符，如发现问题，及时提请设计部门及建设单位共同协调解决，提出合理修改方案，并请设计人员发出变更通知。

通过熟悉图纸和施工文件，明确施工程序、施工方法、技术措施和施工进度。

（2）、根据承建合同或中标通知书、复核后的工程量、施工图纸、工期要求、施工方法等资料，制定出完整的《施工管理计划》（本公司制定的表格样式），之后严格按照此计划实施工程。

（3）、找寻设立工程项目部地点，保证施工人员的生活条件和交通、通信的畅通。

根据所实施工程大小及施工方法配备相应的工程施工人员、机械、施工工具。

（4）、寻找、挑选合适的施工队伍并及之签订施工合同。

（5）、根据《施工管理计划》，做好施工期材料用量（包括材料数量及需求时间），向各子（分）公司销售公司报送材料需求计划并预先选定材料存放场所。

（6）、放线
根据实地及施工图纸，从井开始，先定出系统主轴线，各支管线。

在分水、转弯、出水口处应设标桩，地形变化较大地段要根据地形条件适当增设标桩。

对于人饮工程还需要检查管道的走向有无障碍、管道的位置和标高是否符合实际，对于那些图纸上无法确定的长度、标高和角度等，需要实地测量后才能确定。

在施工测量及放线过程中，如发现施工图有不符合实际之处，应及时及设计部门取得联系，明确修改意见并接到修改通知后方可施工。

2、管槽的开挖
管槽开挖时应根据设计规范及当地土质条件、地下水位、冻土层深度、施工季节和施工方法等因素综合确定。

一般我公司采用的管槽断面形式有以下两种（管槽断面图）。

若所实施工程地域的土质较好（土质为壤土、粘土、亚粘土），埋深不是很深的采用图2-1中a断面形式开挖管槽，可以减少工程开挖的土方量。

采用此种管槽开挖，管槽设计宽度一般为60cm，设计沟深一般要求在冻土层以下，以防止管道冻裂。

(a ) (b)
图2-1（单位mm）
若所实施工程地域的土质较差（土质为细砂、粘质砂土、亚砂土等），埋深较深的一般采用图2-1中b断面形式开挖管槽，可以更好的开展作业。

采用此种管槽开挖，管槽设计宽度:下口60cm，上口80cm；设计深度一般要求亦在冻土层以下，防止管道冻裂。

（部分地区冻土层深度见表2-1）
管槽应符合要求：清除管槽底部石块、杂物，并一次整平，管槽经过岩石、卵石等硬基础处，沟底超挖深度不应小于10cm，清除碎石后再用细土回填夯实至设计高程，开挖土料应堆置管槽一侧，要求距
离沟边0.8m以内，不应堆置弃土，弃土堆置高度不宜超过1.5m。

沟槽断面较大，工程量较大的地方采用液压反铲开挖，其它采用人工开挖。

沟槽底宽按设计要求，开挖要控制标高，槽底暂留20cm的土层，临铺前用人工清理挖至标高，并修整槽底。

在槽底若有地下水或含水量较大的粘性土处，铺设砂垫层并捣实。

在管槽开挖的过程中，应注意开挖施工的区域有无其他管道网络以及国家通信光缆等的影响，若存在这些影响，应及时及相关部门进行联系协调，切不可出现挖断其他管道或者国家通信光缆，造成不必要的影响和损失。

表2-1 部分地区冻土层深度表
3、管道的安装
3.1、主管道安装前的准备及基本要求
3.1.1、安装前工作人员应全面了解各种设备性能，熟练掌握施工安装技术的要求和方法。

3.1.2、检查管沟的沟底标高、底宽、砾石地段的回填厚度是否达到施工要求。

3.1.3、检查管材、管件、胶圈、粘接剂的质量是否合格，待安装的设备应保持清洁。

3.1.4、检查安装工具手锯、板锉、打孔器、扳手、管钳、手钳、棉纱、毛刷、润滑剂（通常用肥皂水或洗洁精）、连接工具（手扳葫芦、紧绳器、钢丝绳套，Φ200以下可用5cmm×25cm×40cm的木板和8磅的铁锤代替）、检查工具（塞尺）、测试仪表压力表等是否齐备。

3.1.5、，确定及设备安装有关的土建工程已经业主或监理单位的要求验收合格，并按设计文件要求，全面核对管材及其他设备的规格、型号、数量和质量，严禁使用不合格产品。

3.2、主管道铺设
输水管线(干、支管)，多采用硬聚氯乙烯管（PVC管）；硬聚氯乙烯管（PVC管）的连接一般用粘接剂粘合，伸缩节或伸缩接头处，采用橡胶密封圈止水。

3.2.1、聚氯乙烯管粘接法施工的要点有：
（1）管材或管件在粘合前，应用棉纱或干布将承口内侧和插口外侧擦拭干净，使粘合面保持清洁，无尘砂及水迹。

当表面沾有油污时，须用棉纱蘸丙酮等清洁剂擦净。

（2）粘接前应将两管试插一次，使插入深度及配合情况符合要求，并在插入端表面用记号笔划出插入承口深度的标线。

管端插入承口的深度应为管外径的1～1.5倍。

（3）用毛刷将粘合剂迅速涂刷在插口外壁及承口内壁。

先涂承口，后涂插口。

宜轴向涂刷，使粘合剂均匀适量地分布于粘接面上。

（4）承插口涂刷粘合剂后，应立即找正方向将管道端插入承口，用力挤压，必要时可采用拉管器（大管径管材）进行承插，使管端插入深度至标线处，并保证承插接口的直度和接口位置正确。

同时必须保证轴向挤压力的延续时间不得少于60s，以防接口脱滑。

（5）承插接口连接完毕后，要及时将挤出的粘合剂擦干净。

粘接后，不得立即对接合部位强行加载。

其静置固化时间不应低于表2-2的规定，且24h内不得移动管道。

表2-2 聚氯乙烯管材粘合静置固化时间(min)
（6）当气温低于5℃时，应暂停管材的粘接工作，以防粘接强度达不到设计要求。

（7）粘接连接的管道在施工过程中被切断后，须将插口倒角，锉成坡口后再进行连接。

切断管材时，要保证断口平整，且垂直管轴线。

加工成的坡口，其坡口长度一般不小于3mm；坡口厚度约为管壁厚的1/3～1/2，坡口加工完毕后，应将残屑去除干净。

（8）管道在铺设过程中，可以有适当的弯曲，但曲率半径不得小于管径的300倍。

（9）管道安装和铺设工程中断时，应用木塞或其他盖堵将管口封闭，防止杂物进入管中。

3.2.2、聚氯乙烯管橡胶密封圈式连接施工要点：
（1）检查管材、管件及橡胶圈质量，清理干净承口内橡胶圈沟槽、插口端工作及胶圈，不得有土及其他杂物。

（2）将橡胶圈正确地安装在承口的橡胶圈沟槽区中，不得装反或扭曲。

为了安装方便，可先用水浸湿胶圈，但不得在橡胶圈上涂润滑剂安装。

（3）用毛刷将润滑剂均匀地涂在装嵌在承口处的橡胶圈和管插口端外表面上，但不得将润滑剂涂到承口的橡胶圈沟槽内。

润滑剂可采用肥皂液、洗洁精等，禁止用黄油或其他油类作润滑剂。

（4）将连接管道的插口对准承口，保持插入管段的平直，用管道拉力器或其他拉力机械将管一次插入至标线。

若插口阻力过大，切勿强行插入，以防橡胶圈扭曲。

（5）用塞尺（或钢锯条）顺承插口间隙插入，沿管圆周检查橡胶圈的安装是否正常。

（6）橡胶圈连接的管材，在施工中被切断时，须在插口端另行倒角，并应划出插入长度标线，然后再进行连接。

最小插入长度应符合表2-3的规定。

切断管材时，应保证断口的平整且垂直管轴线。

表2-3 橡胶圈连接法管材插口最小插入长度。