低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

王海軍

（新疆瑞祥農(nóng)牧工程咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，新疆　　烏魯木齊 830000）

低壓管道灌溉在小型農(nóng)田水利工程中的應(yīng)用

王海軍

（新疆瑞祥農(nóng)牧工程咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，新疆烏魯木齊 830000）

本文論述了管道輸水灌溉的優(yōu)點(diǎn)及低壓管道灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并對低壓式管道輸水灌溉管理、技術(shù)要求和技術(shù)中存在的問題進(jìn)行了簡要分析。低壓式管道輸水灌溉技術(shù)的應(yīng)用對于緩解我國水資源危機(jī)，進(jìn)一步完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)水利設(shè)施，改善我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境，從而增加農(nóng)民收入有著至關(guān)重要的意義。

低壓管道；灌溉系統(tǒng)；灌區(qū)

近年來，為了進(jìn)一步完善水利設(shè)施、灌溉排水系統(tǒng)，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抵御自然災(zāi)害的總體能力，我國很多地區(qū)都做出了巨大的努力，逐步改變了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中靠天吃飯的尷尬局面。但是在當(dāng)前的農(nóng)田水利建設(shè)中仍有很多的問題有待進(jìn)一步解決，這些問題主要有灌溉水利用效率低、區(qū)域河道淤積現(xiàn)象嚴(yán)重、總體水資源分布狀況不均勻以及灌溉和排水能力差等。對于上述的這些問題，有必要采取更加有效的針對性措施。當(dāng)前水利灌溉主要采取大灌、漫灌的方式，這些仍屬于地表灌溉類，面對這種現(xiàn)狀，有必要采取低壓管灌技術(shù)，也就是使用較低的壓力（通常利用地形差異所形成的自然差）把水供給到田間地頭，這種做法充分借助了自然的壓力，不消耗電能。

1管道輸水灌溉的主要優(yōu)點(diǎn)

我們常說的管道輸水，是指通過管道運(yùn)輸水資源，它改變了傳統(tǒng)的使用明渠的方式。這種做法可以把水直接送到田間地頭，并且可在分水口安裝軟管，通過軟管把水輸送到每一個(gè)角落。管道輸水的方式與明渠灌溉相比，不僅節(jié)水，而且省力，在將來的農(nóng)田灌溉中扮演著重要角色［1］。

1.1節(jié)約用水

在管道輸水中水管一般都采用地埋的做法，能夠有效消除水分的流失滲漏以及蒸發(fā)。根據(jù)有關(guān)測試數(shù)據(jù)，在輕壤土中采用管道灌溉，水的利用系數(shù)可大大提高，比一般使用的土渠、混凝土渠水資源利用率分別提升30%和15%。此外，采用管道灌溉還可以根據(jù)畦埂的高低變化，逐層澆水，使灌水的均勻度大大提升?？傊?，采用管道灌溉比一般的水渠灌溉更加節(jié)水。

1.2占用耕地少，利于機(jī)械耕作

一般來說，土渠一般占到了耕地總面積的1%～2%，如果采用管道灌溉可以節(jié)省1%的土地面積。如今，我國土地資源非常緊張，節(jié)約土地面積、增加土地資源利用率顯得格外重要，采用管道輸水對于土地資源緊缺的中國來說，有著非常顯著的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。此外，如果把一般的土渠改為地下管道，還可以為農(nóng)業(yè)的機(jī)械化運(yùn)作提供良好的環(huán)境。

1.3適時(shí)適量灌溉，縮短灌溉周期

地下管道灌溉比一般的土渠供水更快，可以大大縮短灌溉周期，進(jìn)而有效改善農(nóng)田灌溉的條件，有利于及時(shí)和適當(dāng)?shù)墓喔取＿m時(shí)適量的灌溉對于農(nóng)作物的成長，特別是對農(nóng)作物需水關(guān)鍵期來說有著至關(guān)重要的作用。一般來說，土渠灌溉往往由于輪灌的周期長，導(dǎo)致農(nóng)作物因?yàn)楣喔炔患皶r(shí)而嚴(yán)重影響了生長，造成減產(chǎn)。地下管道灌溉有效地克服了這個(gè)缺點(diǎn)，使農(nóng)作物生產(chǎn)效果大大提升［2］。此外，采用地下管道灌溉不僅有效避免了漏水問題，還節(jié)省了勞動(dòng)力。

1.4成本低，效益高

試驗(yàn)表明，管道灌溉大約比水井或抽水站供水減少30%的能源消耗。因?yàn)楣艿拦喔瓤梢赃m當(dāng)?shù)馗鶕?jù)地形的變化，將水輸送到土地中的每一個(gè)角落，從而擴(kuò)大了灌溉總面積，同時(shí)灌溉的總成本也大大降低。根據(jù)現(xiàn)有條件，使用聚乙烯軟管進(jìn)行移動(dòng)灌溉，其造價(jià)約為75～90元/hm2。由于灌溉面積的擴(kuò)大，灌水次數(shù)以及灌水的及時(shí)，即使遇到干旱也不會造成大的減產(chǎn)。

1.5適應(yīng)性強(qiáng)，便于推廣

管道灌溉的設(shè)備相對來說比較簡單，并且非常容易掌握，其管理更是方便。軟管能夠擺脫地面約束，跨過各種障礙物；硬性的塑料管埋設(shè)在地下，還可以減緩老化，防止開裂?？梢哉f，管道灌溉具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。鑒于地下管道灌溉的優(yōu)勢，該技術(shù)已取得了很大進(jìn)展。尤其是在20世紀(jì)80年代，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，重量輕、耐水性好的塑料管被大面積應(yīng)用到了農(nóng)田灌溉中，促進(jìn)了管道滲水工程技術(shù)在中國的發(fā)展。

2低壓管道灌溉系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)

2.1資料收集

使用基本數(shù)據(jù)以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，是低壓管灌系統(tǒng)規(guī)劃的前提，它必須是準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，需要借助大量的觀察、檢測以及分析論證。下面的基本信息非常重要，是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要參考。

2.2系統(tǒng)管網(wǎng)布置及灌溉制度的確定

2.2.1管網(wǎng)布置

管網(wǎng)的整體布局要合理有序，它對于整個(gè)項(xiàng)目的投資、管理以及維護(hù)有著顯著的影響，一般來說管道的布局要遵循以下原則：

a.要充分認(rèn)識壓力水頭的作用。

b.尋求管道的最短長度，控制好面積等。

c.分支管道走向要與作物方向一致，支管的間距最好保持在75m以內(nèi)。

2.2.2灌溉制度的確定

灌溉系統(tǒng)要具有及時(shí)性的特點(diǎn)，要根據(jù)一定的氣候、土壤以及農(nóng)作物的生育期制定合理的灌溉制度，以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。其內(nèi)容主要包括灌溉的時(shí)間、總量以及頻率等。在管道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，要根據(jù)植物成長期內(nèi)所需要的灌溉量設(shè)計(jì)最大的灌溉定額。對于不同的灌溉區(qū)域，因?yàn)樽魑锓N類的不同通常選擇最大灌水定額作為設(shè)計(jì)的灌溉定額。一般來說，要按田間持水量的80%～95%確定灌水定額，根據(jù)下式計(jì)算［3］：

式中 m——設(shè)計(jì)灌水定額，m3/畝；

H——計(jì)劃濕潤層深度，m，一般大田可取0.4～0.6，蔬菜可取0.2～0.3，果樹可取0.8～1.0；

β1、β2——土壤適宜含水量上、下限；

C——土壤干密度（t/m3）；

G——田間水有效利用系數(shù)，一般取0.85～0.95。

2.2.3灌水周期的確定

根據(jù)農(nóng)作物的需水量計(jì)算出理論條件下的灌溉周期。因?yàn)榭紤]到?jīng)]有水以及水分配設(shè)備故障等問題，可能會出現(xiàn)設(shè)計(jì)灌水周期小于理論條件下灌水周期的情況。

式中 T理——理論灌水周期；

Ep——控制區(qū)內(nèi)作物最大日需水量，m m/d；

T設(shè)——設(shè)計(jì)灌水周期。

3低壓式管道輸水灌溉管理及技術(shù)要求

3.1管理制度

低壓管道灌溉系統(tǒng)也需要有健全的管理制度，有一整套的管理措施，如果沒有與之適應(yīng)的措施很難實(shí)現(xiàn)正常工作。有效管理要從四個(gè)方面做起，即管理組織、依法管水、管理責(zé)任制以及考核標(biāo)準(zhǔn)。

3.2低壓管道灌溉系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)要求

a.主通道上給水栓的數(shù)量不能少于3個(gè)。

b.打開給水栓之后，要及時(shí)打開進(jìn)水閘，閘板的開度應(yīng)依據(jù)渠道水位決定。

c.在灌溉之后，首先要關(guān)閉進(jìn)水閘，最后要及時(shí)關(guān)閉給水栓，要把管道中多余的水及時(shí)排空，以免造成管道結(jié)冰。

d.要定點(diǎn)、定時(shí)做好管道的維護(hù)工作，以更好地保證地下管道灌水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4低壓管道輸水灌溉技術(shù)存在的問題及發(fā)展展望

4.1存在的問題

a.管道輸水灌溉工程的標(biāo)準(zhǔn)低。20世紀(jì)80年代初，數(shù)千畝的大規(guī)模輸水管道工程開始起步，然而從項(xiàng)目設(shè)計(jì)到施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)上都缺乏嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

b.缺少大口徑管材、系列配套管件及附屬設(shè)備。如今，還沒有生產(chǎn)農(nóng)用管道、管件及配套設(shè)備的流水化生產(chǎn)廠家，能夠生產(chǎn)大口徑管材的生產(chǎn)廠家?guī)缀鯖]有，嚴(yán)重制約了管道灌溉技術(shù)的發(fā)展。

c.田間工程的標(biāo)準(zhǔn)和配套程度有待提高。當(dāng)前，由給水栓向田間地頭輸送水源的方式還不是很健全，還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品以及系列化的給水設(shè)施。

d.設(shè)備利用率低。雖然大口徑低壓管道已經(jīng)替換了灌溉中的明渠，但由于經(jīng)營管理不到位，大量的水利設(shè)備利用率相對較低，造成了資源的巨大浪費(fèi)。

4.2發(fā)展展望

a.提高井灌區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)管道輸水與田間灌水配套技術(shù)水平。為了提高數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)在管道輸水工程中的應(yīng)用，要加大對多層次自動(dòng)配水以及共同控制組調(diào)度技術(shù)的學(xué)習(xí)。

b.對配套管件及其附屬設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。開發(fā)大口徑并且可以移動(dòng)的水管和快速連接配件，對于灌溉給水的大面積推廣有著至關(guān)重要的作用，因此要加大力度研發(fā)新的管材管件，特別是那些低成本、高性能、復(fù)合型的聚合物材料。

c.研發(fā)低能耗、低投入、高效率的設(shè)備。由于耕地自然條件的限制以及過去長期性使用效率低下的井灌，在我國大面積的推廣管道灌溉有一定的難度。正是因?yàn)槿绱耍枰M(jìn)一步結(jié)合各地實(shí)際情況，通過試點(diǎn)的方式逐漸推開。

d.吸收國外先進(jìn)的操作經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對大口徑管道技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，進(jìn)一步完善對灌溉方式的示范引導(dǎo)，充分發(fā)揮低壓管道在土地灌溉中的優(yōu)勢。

5結(jié) 語

隨著城市化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，當(dāng)前農(nóng)業(yè)主要的任務(wù)便是重點(diǎn)提高農(nóng)田水利設(shè)施，以此不斷提高農(nóng)民的生活質(zhì)量。面對當(dāng)前灌溉效率低，自動(dòng)化水平差的現(xiàn)狀，需要我們做的便是不斷引進(jìn)先進(jìn)的灌溉技術(shù)以及現(xiàn)代化的農(nóng)田設(shè)施以此推動(dòng)水利工程的發(fā)展。

管道灌溉的方式有效地實(shí)現(xiàn)了水分配，減少了對耕地的占用，提高了灌溉的效率，是未來一段時(shí)間內(nèi)主要采用的灌溉節(jié)水措施。除了不斷改善灌溉技術(shù)之外，還需要進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)科研投入，營造良好的政策、法規(guī)環(huán)境，為節(jié)約化灌溉創(chuàng)造條件。相信隨著技術(shù)的成熟以及政策環(huán)境的不斷優(yōu)化，我國的水利設(shè)施系統(tǒng)會更加的完善?！?/p>

［1］ 曹彬.平原地區(qū)低壓管道灌溉工程的典型設(shè)計(jì)［J］.今日科苑，2013（14）.

［2］ 楊健，張小俠，王秀茹，等.土地整理中的水資源供需分析與低壓管道灌溉設(shè)計(jì)［J］.山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（9）.

［3］ 孫秀艷.綜評低壓管道灌排一體化技術(shù)［J］.黑龍江水利科技，2012（12）.

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1005-4774（2015）04-0060-03

10.16616/j.cn ki.10-1326/T V.2015.04.019