34 中国农村水利水电2018年第4期 文章编号： 1007-2284[ 2018) 04-0034-06 灌溉输水管道现状及发展需求 白静谢崇宝 （中国灌溉排水发展中心北京10054） 摘要：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.
关键词：节水灌溉：输水管道：管道分类：需求 中图分类号：[TV93]文献标识码：A 管道输水和渠道输水是灌溉输水工程中最为重要的形式.
等介质在加压的状态下运行的管道的统称，一般以大气压力表 与渠道输水的方式相比，管道输水的水利用系数更高，一般比 示根据工作压力不同可分为低压、中压和高压等不同压力等 土渠输水节水约30%比砌石防渗渠道节水15%左右，管 级的管道".
分类标准与相应行业的管道设计压力范围有 道输水灌溉以其成本低、节水明显、技术简便易行等特点，已成 关.
在灌溉中涉及压力管道的灌溉形式主要有低压管道 为世界许多发达国家发展灌溉优先选用的技术措施之一，美 输水灌溉、喷灌、微灌等.
考虑到管道的设计压力范围，参照现 国加州圣华金河谷灌区支渠以下的输水系统在1996年就全部 有的塑料管道按照压力分类的方法[”按照管道公称压力可 实现管道化，控制面积为24.67万hm²，灌溉水利用系数为 以分为：低压管道（p≤0.4 MPa)、中压管道（0. 4 MPa
1.0 MPa)具体见表1 输水灌溉并有采用管道逐步代替明渠的发展趋势.
目前在我 表1不同行业内压力管道的分类 国管道是并灌区首选的输水方式国内许多学者已经研究了在 渠灌区推广管道输水的可能性并在陕西、河北、河南、新疆 行业 压力管道级别 管道压力范围 等地开始试点应用1 低压管道 0.1 MPa=≤p<1.6 MPa 1灌溉管道的分类 压力容器 中国管道 1.6 MPa<≤p<10 MPa 高压管道 10 MPa<≤p<100 MPa 关于管道分类方法我国灌溉领域也进行了一些有益的探 超高压管道 p≥100 MPa 素刘群昌介绍了低压管道输水工程中塑料管道、现浇管道和 低压管道 100 预制管道等3种管材的基本参数”. 张华等人从塑料管材 燃气工程 中压管道 0.01 MPs <p ≤0.4 MPa 和金属管材2个方面着手对应用于节水灌溉中的管材进行了 详细的介绍和总结-针对低压管道输水形式刘群昌系统介 次高压管道 0.4 MPs <p ≤1.6 MPa 绍了薄墅PVC管以及可用于替换渠道的大口径双壁螺旋望 高压管道 1.6 MPa <p ≤4 MPa 料管. 低压管道 P≤0.4 MPa 目前，管道的分类主要有两种方法：按照材质和压力分类， 灌斑输水 中国管道 0.4 MPs<p1.0 MPa 压分为无压管道和压力管道，压力管道是指输送的液体气体 根据灌溉用管道材质的不同，可以分为望料管道、金属管 收模日期：2017-12-04 道、水泥类管道和复合管道.
考虑管道基质材料的重大不同， 基金项目：国家科技计划课题项目“节水增粮高效灌滋关键技术与 将复合管道分为非生物基质复合管道和生物基质复合管道.
装备“( 2014BAID12B05) 具体分类见图1. 作者简介：白静（1986子女博士高级工程师从事农田水利和 1.1塑料管道 河流动力学方面的研究，E-il:625540202eq.cm 塑料管道是采用热塑性或者热固性树脂制作的管道的统 ?1994-2018 China Academic Jourmal Electronic Publishing House. A1l rights reserved. .cnki.net
灌溉输水管道现状及发展需求 白静谢崇宝 35 输水管道） 壁管一般用于工作压力不大于0.2MPa的低压输水灌溉工 程22而大口径双壁波纹PE管则可用于渠灌区管道输水 科管 全属管） 水泥类管 原复合管 净生物蒸 复合管 生物基 工程2] 品-0M PVC-U管 PC-U波纹管 PIC-U加的管 图1灌激管道按照材料分类图 淮溉输水型料管道 移、塑料管道具有轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑不结垢、施工和 PE实壁管 维修简便、使用寿命长等优点塑料管道在农业领域应用广泛.
PE管 议中的统计数据，塑料管道在农业领域的应用量最大，2015 PE纹管 年应用比例占塑料总产量的29.0%[14] 图2灌溉输水塑料管道分类（断面形式） （1）按照量料管道材质分类.
量料管道中三大主流管道 为：聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管和聚丙烯（PP）管等分 1.2金属管道 别占塑料管道总量的55%30%和10%.
灌溉用塑料管道通常 金属管道是用金属材料制成的管道的统移，包括：钢管 为PVC管道和PE管道 （SP）和铸铁管等.钢管按制作工艺分为焊接钢管和无缝钢管 PVC管道以氯乙烯树脂单体为主加入必要的添加剂用 两类".
焊接钢管是指由钢板卷焊制作的钢管按焊缝形式 挤出成型法制成的热塑性墨料圆管，具有一定的耐腐蚀性能， 分为螺旋焊接钢管和直缝焊接钢管两种，见图3.螺旋焊接钢 一般用于常温介质的管道.
1936年德国开始开发使用PVC管 管一般采用埋弧焊接工艺直缝焊接钢管按焊接工艺不同分为 材我国从20世纪60年代引I入PVC管道最初主要用于化 直缝埋弧焊管和直缝高频焊管.
工领域输送带腐蚀性的流体.
根据其性能改进情况PVC 无钢管 管道分为PVC-U管道、PVC-M管道、PVC-O管道其各自 管 螺旋焊接钢管 特点见表2.在灌减中一般选用PVC-U管道，在低压管道输 焊接销管 直维理弧焊管 力为0.2MPa单位长度原料比替通PVC-U管降低约40%单 价降低约30%依靠管材-土壤系统的组合强度薄壁管材有足 直缝焊接钢管 够的承压能力在一般埋设条件下其长期变形率可维持在5% 直能高规管 以内 表2PVC管道分类及具特点 图3铜管的分类 编号 分类 管道特征 铸铁管道是用铁水浇铸的圆管的统称.
按管道成型工艺 可分为连续铸铁管和离心铸铁管按照铁水的质量可以分为连 PVCU 曾 第一代PVC管不含增塑剂 续铸造灰铁管、连续铸造球铁管、离心铸造灰铁管和和离心铸 2 PVC-M管 采用增韧改性的聚氯乙烯树脂制造，管道 造球铁管见图4.其中以离心铸造球铁管性能最优，简移 耐性改善 球墨铸铁管指由经过球化和孕育处理的优质铁水采用离心浇 3 PVC-0管 在管材软化点附近进行轴向和周向取向， 铸制作的圆管-西方发达国家从20世纪60年代开始逐渐淘 机械性能优 汰了普通灰口铸铁管井开始采用了球墨铸铁管我国1985年 聚乙烯塑料（PE)）管是指以聚乙烯树脂单体为主加入必 开始从德国、美国等引进了水冷金属型离心铸管技术及设备， 要的添加剂用挤出成型法制成的热量性墨料圆管.
PE管具 开始生产球墨铸铁管.
球墨铸铁管具有较高的强度、较好的 有良好的低温性能和韧性，可以在冻土层中使用，根据加工时 韧性和防腐性能 压力和密度的不同可以分为低密度PE（LDPE)管、中密度PE 由于受到成本的限制在节水灌溉工程中铸铁管和钢管一 （MDPE)管和高密度PE(HDPE)管（.
高密度PE(HDPE)管 般用于不具备埋地条件下的山丘区、灌溉系统的首部、闸阀连 耐高温性能和机械性能好低密度PE（LDPE)管的柔性更优.
接处和骨干引水管不适用于田间输配水系统，钢管也用来制 （2）按照断面形式分类、塑料管道按照断面形式分为实墅 造大型喷灌机组 管和结构壁管.
实墅管指任意横截面为实心圆环的管道，而结 1.3水泥类管道 构壁管指对管道的断面结构进行优化设计达到节省材料、满 水泥类管道分为混凝土管、钢筋混凝土管、预应力钢筒混 足使用要求的管道，例如芯层发泡管、波纹管、缠绕管和加筋 凝土管和石棉水泥管等，其共同的优点为耐腐蚀寿命长， （肋）管等[.
在灌溉中常用的塑料结构壁管包括PVC-U波 但这类管材脆性大，管壁厚，重量大，运输安装不便，一般用于 纹管、PVC-U加筋管和PE波纹管见图2.其中PVC-U结构 流量较大的输水管道-在压力较小时选用混凝土管压力较大 ?1994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House. All rights rescrved..cnki.net
36 灌溉输水管道现状及发展需求 白静谢崇宝 连续铸造灰铁管 砂管的成本低其特点为：重量轻，内壁光滑耐腐蚀.玻璃 钢夹砂管主要运用于给排水工程、农田灌溉等水利工程领域.
连续铸造铸铁管 1.5生物基质复合管道 竹缠绕复合管道是一种以竹材作为增强材料、合成树脂作 连续铸造球铁管 铸铁管 为黏合剂菜用往复式机械缠绕工艺复合而成的具有较强抗压 高心特造灰额管 能力的新型生物质管道”具有节能环保、资源可再生等优 势、竹缠绕复合管沿管径方向，由内到外依次为内衬层、增强 （离心博造铸铁管） 层和外防护层（见图5）.
内衬层防止内部基体开裂、介质外渗 等现象发生增强层是主要的承重承压部分外防护层保护管 离心铸造球铁管 材使其具有良好的长期耐久及耐候特性，在中试过程中测试 了竹缠绕复合管管道在不利条件下的应用效果，如非正常安装 图4铸铁管的分类 施工、盐碱度高、融雪不规则沉降情况、高氯碱环境、公路载荷 时采用钢筋混凝土管和钢筋筒混凝土管，石棉水泥管是用石 和冻土层实践表明竹缠绕复合管道应用效果良好.
棉纤维和水泥抄取成型的圆管，由于其抗冲击能力差、管径较 小灌溉中已很少使用 预应力钢筒混凝土管（PCCP）广泛应用于市政、电力、水利 等工程项目中-预应力钢筒混凝土管是由带钢筒的高强混凝 土管芯在缠绕预应力钢丝后再喷涂以水泥砂浆保护层制成的 外防护层 新型管材-按照工艺可以分为两类[2"：内衬式预应力钢筒 混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（POCPE）.
增强层 预应力钢筒混凝土管在国外已有近80年的历史，1939年 PCCP管最早由法国邦纳（Bonna）公司研制并败设于巴黎郊 区.1942年美国开始研究生产内衬式预应力钢筒混凝土管 图5竹缠绩复合管的结构示意图 （PCCPI）.
1952年开始生产埋置式管，我国PCCP管的研制、 生产起步较晚1984年研制了直径600mm的PCCP管并在 2管道的特性 工程中成功试用.
21世纪开始引进、生产和应用大口径的PC- CP管如南水北调工程北京段使用了直径4m的PCCP管 2.1管径范围、压力等级和密度 表明其可以用于需长距离输水的灌溉工程.
美国土木工程学 PVC-U管和PE管的管径一般小于630mm，常用于短距 会和材料学会认定PCCP管使用寿命为100年其缺点为自 离输水和由间灌溅管道，普通焊接钢管和铸铁管的最大管径 重大内径为4m的管道每米重量达9：以上 比普通塑料管稍大其承压能力高，一般用于闸阅连接、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-玻璃 1.4非生物基质复合管道 钢夹砂管、预应力混凝土管、竹缠绕复合管的管径大于等于315 非生物基质复合管道指传统意义上的复合管是用两种或 mm（其中预应力钢筒混凝土管、预应力钢筋混凝土管的管径最 两种以上材料生产成的管壁结构管道的统称.
如玻璃钢管、玻 小为400mm）最大管径可以达到3000~4000mm最大承压 填钢夹砂管、钢塑管、塑玻管等属于非生物基质复合管、灌滋工 能力在2.0MPa左右因此主要用于长距离输水较大口径的管 程中常用的非生物基质复合管有玻璃钢管和玻璃钢夹砂管等.
道工程（见表3）.
玻璃钢管（FRP）是由玻璃纤维和不饱和聚酯树脂等组成 表3不同类型管道密度、管径和承压范围的比较 的复合管道，也称为玻璃纤维增强塑料管.
由于玻璃钢中的连 管道类型 密度/ 管径范围/ 压力范围/ 续纤维拉伸强度和弹性模量较高其机械强度可以达到或超过 (kgm²) mm MPs 普通碳钢的水平，但密度远小于普通碳钢.
按照制造工艺 PVC-U 曾 1 350~1 550 20~1 000 0.2~2.5 可以分为：纤维缠绕玻璃钢管和离心浇筑玻璃钢管其中纤 34 915~965 16~1 000 0.32 ~ 1.25 维缠绕法比较常见：玻璃钢复合管产生于20世纪40年代中 镀锌焊接钢管 7 897~9 616 10.2 ~2 540 - 期，70年代进入工业化生产阶段80年代我国引入了缠绕玻璃 球墨铸铁管 7 050 40~2 600 10~40 钢管生产线 玻璃钢夹砂管 1 700~2 500 100~4 000 0.1 ~3.2 在玻璃钢离心浇筑成型的过程中对于高刚度要求的管材 预应力钢筒混凝土管 029 6~0 400~ 4 000 0.4 ~2.0 通过加砂提高刚度而对于承受内压较高的管材不加砂.
以玻 预应力钢筋混凝土管 200-5552 000 00 0.21.2 璃纤维及其制品为增强材料以不饱和聚酯树脂等为基体材 竹缠绕复合管 1 1501 350 1503 000 0.21.6 料以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料，采用缠 注：①预应力混凝土管的密度一栏实际为单位长度的重量，单位 绕、离心浇铸工艺方法制成的管道称为玻璃钢夹砂管或玻璃 kg/m. 纤维增强塑料夹砂（FRPM）管与玻璃钢管相比玻璃钢夹 密度和壁厚决定了管道单位长度的重量直接影响工程的 ?1994-2018 China Academic Jourmal Electronic Publishing House. All rights rescrved. .cnki.net
灌溉输水管道现状及发展需求 白静谢崇宝 37 投资和施工的便捷程度.
密度从高到低依次为：预应力钢简混 2.2管道力学性能比较 凝土管、镀锌焊接钢管、铸铁管、玻璃钢夹砂管、PVC-U管、竹 管道的力学性能直接关系到有压条件下管道的工作状态， 复合压力管和PE管预应力钢筒混凝土管、预应力钢筋混凝 由于玻璃钢夹砂管和PCCP管的性能参数是多种材料协同工 土管、大口径镀锌焊接钢管和铸铁管需要借助专业机械吊装.
作的结果在本节中只比较其他几种管道的参数见表4-从拉 （1）PVC-U管，在中高压输水灌溉工程中硬聚氯乙烯 伸强度和弹性模量上讲PVC-U管和PE管的弹性模量基本相 PVC1管材∞中涉及 0.63、0.8、1.0、1.25、1.6、2.0、2.5 MPa等 当竹缠绕复合管是量料管道的2~3倍[PE管的拉伸 7种压力规格的管道-管道尺寸涵盖dn20~dn1000的28种 屈服应力比二者都小构.
镀锌焊接钢管和球墨铸铁管强 管径. 度最高其拉伸屈服强度在185MPa以上I钢管的弹性模 在低压输水灌溉工程中PVC-U管道涉及4种公称压 量和球墨铸铁管相当在17GPa以上是塑料管道和竹缠 力： 0.2.0.25、0.32 和 0.4 MPa.
涵盖 dn75 ~dn315 的 12 种管径- 绕复合管的67~244倍 硬聚氟乙烯PVC-U双壁波纹管管径有dn63~dn1000等17种 表4不同类型管通的力学性能参数比较 规格硬聚氯乙烯PVC-U加筋管道有3种规格：dn150.dn225 和dn315.PVC-U管道密度介于1350~1550kg/m²之间， 管道类型 拉伸屈服 弹性模量/ 断裂伸长事/ 应力/MP MPa % 是 PE 管的 1.40~ 1.69 倍.
PVCU 曾 846 15 （2)PE管.
根据管道材料最小要求强度（MRS）的不同可 PE 管 15.4 1115 350 ( 666~08 )08( 66~09 )9 镀锌焊接钢管 185? 2.07×10* ≥153 PE100级（10.0~11.19MPa）管材.
在给水用聚乙烯PE管 材中涉及0.32、0.4、0.6.0.8、1.0.1.25和1.6MPa等7个压力 球墨铸铁管 27 1.75×10 ≥10 等级，管道公称外径涵盖dn16~dn1000的29种管径.
密度介 竹缠绕复合管 5g[) 2 600 于 915~965 kg/m² 之间.
注：①为PE80级管材参数：②为牌号Q195 壁厚1>16mm时的值;③ （3）普通焊接钢管.
钢管的管径范围广泛推荐选用的普 为牌号Q195外径D>168.3mm时的值：④为离心球铁管参数5为长 通焊接钢管的外径为dn10.2~dn2540之间共有35种规格[ 期拭拉强度设计值 其中低压流体输送用管端用螺纹连接的焊接钢管公称口径的 断裂伸长率是管道的韧性指标.
管道中PE管道的 尺寸有：DN6~DN150共14种规格.
钢管本身的密度为 断裂伸长率最大表明PE管的韧性最好除此之外其他管 7850kg/m²在实际工程中需要在钢管上增加镀层用于防腐， 道的断裂伸长率下限介于10%~15%之间.
银锌钢管的密度随着银层加厚而增加，修正系数介于1.006~ 2.3管道水力学性能比较 1.225之间其密度范围为7897~9616kg/m²，是PE管道的 我们采用糙率系数：对不同管道的水力学性能进行对比 8.18~10.51倍 分析-在过流量、管道坡度一定的情况下糙率系数=越大相 （4）球墨铸铁管.
球墨铸铁管的公称直径介于dn40~ 应的管道直径也越大.
不同类型管道的糙率系数见表5.在一 dn2600之间共30种规格公称压力有：10、16.25和40MPa等 般条件下PVC-U管、PE管和玻璃钢夹砂管的糙率系数较小， 4个压力等级)，其密度为7050kg/m²，比钢管稍轻是PE 介于0.008~0.01之间，在设计中可能取较大值3-.
镀锌 管的7.31~7.70倍-由于铸铁管耐腐性差，一般管道内外均需 钢管和球墨铸铁管的糙率系数n在0.0105~0.014之间变 要设途层.
化"当在管内设有聚氨酯内衬时管道的糙率系数n减小 （5）玻璃钢夹砂管.
玻璃纤维增强塑料夹砂管（玻璃钢夹 到0.00S1左右.PCCP管的稳率系数n与制造工艺有直接 砂管）的公称直径介于dn100~dn4000之间共30种规格公称 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 压力有 0.1、0.25、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、2.0、2.5、3.2 MPa 0.0110~0.0115，率系数试输值的范围为0.0095~ 等12种等级[其密度范围为1700~2500kg/m（是PE 0.0123[竹缠绕复合管道的糙率为0.011] 管的1.76~2.73 倍.
表5不同类型管道的糙率系数比较 （6）预应力混凝土管-预应力钢筒混凝土管的公称直径介 编号 管道类型 于dn400~dn4000之间共22种规格公称压力有0.4.0.6.0.8、 PVC-U 管/PE 管 0.008~0.010 1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0MPa等9个压力规格[”.
预应力钢 2 铜管 5 010′0 筋混凝土管的公移直径介于dn400~dn3000之间，共17种规 3 球墨铸铁管 0.0120.014 格，公称压力有0.2、0.4、0.6.0.8、1.0、1.2MPa等6种压力规 4 玻璃铜夹砂管 0.008 格. 5 （7）竹缠绕复合管.
竹缠绕复合管的公称内径介于dn150 预应力混凝土管 0.009 50.012 3 6 竹维烧复合管 ~dn3000之间共23种尺寸公称压力有0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、 0.011 1.2、1.4、1.6MPa等8个压力规格（其密度介于1150~1350 3灌溉现代化对管道的需求 kg/m²之间密度比PVC管小比PE管略大是PE管的1.19~ 1.48 倍.
灌溉现代化的核心内涵为供水可靠化、调度灵活化、用水 ?1994-2018 China Academic Jourmal Electronic Publishing House. All rights rescrved. .cnki.net
8 灌溉输水管道现状及发展需求 白静谢崇宝 精准化和管理信息化.
灌溉现代化需要现代化的手段，我 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， 国是一个水资源供需矛盾十分突出的灌溉农业大国实施水资 增加灌溉工程投资保证工程建设标准和质量.
源严格管理是一项长期国策发展管道输水灌溉易于实现总量 控制、定额管理在灌溉现代化过程中发展管道输水灌溉是重 参考文献： 要的方向 [1]梁春玲，刘群昌，王韶华，低压管道输水灌斑技术发展综述[J]. （1）管道的密闭性.
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( 1) : 5457. 4结语 [20]CB/T19278-2003，热塑性望料管材、管件及间门通用术语及其 定义[S]. 本文对灌溉输水涉及的管道分类以及性能参数进行了归 [21]QB/T 2782-2006，埋地用硬聚氯乙烯（PVC-U) 加管材[S] 纳对管道的分类进行了有效的扩充，首次将生物基质复合管 [22]QB/T 1916-2004 硬聚氢乙磷(PVC-U) 双壁波纹管材[S]. 纳入分类体系.
与经典管道相比新兴管道具备类似的性能和 [23]张键均，徐亦铜.聚乙烯（PE)大口径双壁波纹管试制研究分析 特征- [C]/全国理地塑料管应用与生产技术推广研讨会，2005. [24]段振山，王林波，我国离心铸造球墨铸铁管的发展[J].铸造， 在农业集约化规模化发展过程中规模化的灌溉管网是灌 2001 50[ 12) : 717719. 溉现代化的必然趋势.
在发展管道灌溉的进程中应当充分认 [25]彭寿海.超大口径预应力钢筒混凝土管（PCCP)结构分析[D]. 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 北京：清华大学，2009. 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 [26]孙绍平，王贯明，预应力钢简混凝土管的特性[J].市政技术.
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