關(guān)于深季節(jié)凍土區(qū)淺埋低壓管道輸水灌溉技術(shù)的調(diào)查

楊 培

關(guān)于深季節(jié)凍土區(qū)淺埋低壓管道輸水灌溉技術(shù)的調(diào)查

楊 培

淺埋低壓管道輸水灌溉水田技術(shù)是一種以管道輸水代替明渠輸水的灌溉形式，通過(guò)壓力管道系統(tǒng)，將水輸送到灌溉農(nóng)田。從2013年開(kāi)始，黑龍江省農(nóng)發(fā)辦分別在肇源縣頭臺(tái)鎮(zhèn)、林甸縣東興鄉(xiāng)、巴彥縣富江鄉(xiāng)規(guī)劃建設(shè)了灌溉面積1392畝、7855畝、3210畝和2480畝的淺埋低壓管道輸水灌溉水田項(xiàng)目區(qū)。從近幾年的運(yùn)行情況看，深季節(jié)凍土區(qū)具備推廣淺埋低壓管道輸水灌溉水田的條件。

一、淺埋低壓管道輸水灌溉水田項(xiàng)目區(qū)基本情況

1.肇源縣頭臺(tái)鎮(zhèn)項(xiàng)目區(qū)。項(xiàng)目區(qū)無(wú)霜期146天，多年平均氣溫4℃，最高氣溫39.1℃，最低氣溫-37.2℃。項(xiàng)目區(qū)面積1392畝，地勢(shì)西高東低，南北高中間低，地勢(shì)高差達(dá)到5米。2013年春季，農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)對(duì)該地塊進(jìn)行了淺埋低壓管道輸水灌溉水田工程規(guī)劃設(shè)計(jì)。低壓管道供水系統(tǒng)由渠首、供水干管、供水支管、出水樁、排水系統(tǒng)構(gòu)成。輸水管道選用PE管道。項(xiàng)目區(qū)沿著地塊邊緣布置干管1條；總長(zhǎng)1646米，支管8條，總長(zhǎng)6142米，支管與干管垂直連接沿田埂布置，輸水管道最淺埋深0.7米，在支管道末端設(shè)置排水裝置。2013年4月中旬開(kāi)始工程建設(shè)，5月中旬工程竣工并投入運(yùn)行。

2.林甸縣東興鄉(xiāng)項(xiàng)目區(qū)。項(xiàng)目區(qū)無(wú)霜期125天，多年平均氣溫2.3℃，最高氣溫38.8℃，最低氣溫-38.1℃。項(xiàng)目區(qū)原為水田，農(nóng)民用小四輪分散從渠道中提水灌溉，用水無(wú)計(jì)劃，灌溉費(fèi)用高。2014年秋季，農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)將東興鄉(xiāng)福興村0.83萬(wàn)畝水田規(guī)劃為淺埋低壓管道輸水灌溉水田項(xiàng)目區(qū)，分兩個(gè)供水系統(tǒng)。管材選用PE管道，按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。項(xiàng)目區(qū)布設(shè)主干管2條，總長(zhǎng)2364米；干管9條，總長(zhǎng)6075米；支、斗管179條，總長(zhǎng)43780米。斗管末端上設(shè)排水裝置。2014年10月開(kāi)始工程施工，冬季停工3個(gè)月，2015年5月15日工程竣工并投入運(yùn)行。

3.巴彥縣富江鄉(xiāng)項(xiàng)目區(qū)。項(xiàng)目區(qū)以松花江水為灌溉水源，需二級(jí)提水灌溉。項(xiàng)目區(qū)無(wú)霜期133天，多年平均氣溫3.4℃，最高氣溫38℃，最低氣溫-37℃。項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)較高，需設(shè)置提水泵站2座，分別從巴彥港灌區(qū)總干渠經(jīng)二級(jí)提水灌溉水田。2015年8月，農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)對(duì)該項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行淺埋低壓管道輸水灌溉水田規(guī)劃設(shè)計(jì)，分兩個(gè)灌溉系統(tǒng)。管材選用PE給水管，按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。一號(hào)泵站設(shè)干管2條，總長(zhǎng)3282米；支管23條，總長(zhǎng)13951米。二號(hào)泵站設(shè)干管1條，總長(zhǎng)1510米；支管20條，總長(zhǎng)12467米。斗管上設(shè)出水裝置。2015年10月開(kāi)始管道工程施工，冬季停工3個(gè)月，2016年5月灌溉系統(tǒng)竣工并正式運(yùn)行。

二、淺埋低壓管道輸水灌溉水田的優(yōu)勢(shì)

淺埋低壓管道輸水對(duì)地形適應(yīng)性強(qiáng)，具有節(jié)地、節(jié)水、建設(shè)成本低、運(yùn)行費(fèi)用少、建設(shè)工期短、便于耕作和自動(dòng)控制及運(yùn)行管理費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。

1.對(duì)地形適應(yīng)性對(duì)比。管道輸水可實(shí)現(xiàn)水由低處向高處輸送，減少水田種植平整土地的工程量，適應(yīng)各種地形。

2.占地對(duì)比。明渠輸水占用耕地面積大，低壓管道輸水以管代渠，避免因修渠占地產(chǎn)生的糾紛，比明渠灌溉可節(jié)約耕地4.67%。

3.節(jié)水對(duì)比。管道輸水可減少滲漏和蒸發(fā)，提高水的利用率。據(jù)測(cè)算，低壓管道輸水比混凝土襯砌明渠節(jié)水26%以上，畝節(jié)水150立方米以上。

4.工程成本對(duì)比。鋪設(shè)低壓管道每畝投資1400元左右，與明渠輸水造價(jià)相差不大。管道使用年限可達(dá)30年以上，比明渠使用年限長(zhǎng)15年以上，畝年均投資比渠道混凝土襯砌少40元以上。

5.運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比。低壓管道輸水灌溉與明渠灌溉相比，增加了出水壓力管道沿程和局部水頭損失。按照現(xiàn)行農(nóng)用電每度0.5元計(jì)算，畝增加用水費(fèi)用15元左右，但考慮工程占地減少增加的效益，畝增加收入在50元以上。

6.工程施工對(duì)比。管道鋪設(shè)施工技術(shù)簡(jiǎn)單，要求工期短，當(dāng)年建成，當(dāng)年使用。而明渠輸水灌溉工程建設(shè)工期一般需2-3年。

7.輸水及耕作對(duì)比。低壓管道輸水灌溉比明渠輸水快、供水及時(shí)，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，自動(dòng)控制，有利于機(jī)械耕作和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

8.工程管理對(duì)比。管道輸水避免跑水漏水，節(jié)省管理維護(hù)用工，節(jié)約灌水勞動(dòng)力。地埋低壓管道冬季需防止凍脹侵害，入冬前需將管道內(nèi)余水排空。

三、淺埋低壓管道輸水灌溉水田應(yīng)注意的問(wèn)題

田間灌溉系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)地下管道化。由于受到管材力學(xué)指標(biāo)和造價(jià)的制約，我國(guó)管道輸水灌溉系統(tǒng)發(fā)展緩慢。隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，北方中高緯度地區(qū)管道輸水技術(shù)開(kāi)始推廣應(yīng)用。從我省農(nóng)發(fā)項(xiàng)目區(qū)淺埋低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行和管理的情況看，淺埋低壓管道輸水灌溉從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上、管理上在中高緯度地區(qū)推廣成為可能。

1.管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)。低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)的水利計(jì)算應(yīng)滿足《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定要求，以控制流速1.5米/秒計(jì)算管道管徑，局部水頭損失按沿程損失的10%計(jì)算。為減少沿程損失和選擇經(jīng)濟(jì)管徑，輪灌組均衡分布在每條支管上，從末端向首端輪灌。水稻生育期用水量不同，建議采用變頻電機(jī)。出水樁宜設(shè)在田埂上，避免機(jī)械作業(yè)時(shí)損壞。地埋管道末端應(yīng)設(shè)置排水閥門和排水井防止凍害。排水系統(tǒng)結(jié)合管道布局和實(shí)際地形按規(guī)范進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2.材料選擇。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行和綜合實(shí)驗(yàn)比較，管材應(yīng)選擇具有一定柔韌性的材料，以適應(yīng)冬季凍脹變形。管材除滿足國(guó)家給水管材標(biāo)準(zhǔn)要求外，線性膨脹系數(shù)應(yīng)小于0.086×10-3/℃，允許的直徑變形率小于5%；斷裂伸長(zhǎng)率為大于620%，凍融變形應(yīng)小于1%。

3.管道施工。管道埋深應(yīng)滿足管頂覆土70-80厘米，管道坡降掌握在0.3‰-0.5‰，為防止局部沉降，應(yīng)在管底墊沙20厘米以上，分層對(duì)稱回填、分層對(duì)稱壓實(shí)。管道焊接按照埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)范要求施工。環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)停止施工，如冬季施工，需采取搭建帳篷等保護(hù)措施，設(shè)置加熱裝置，提高焊接環(huán)境溫度，保證焊接質(zhì)量。

4.運(yùn)行管護(hù)。輸水管道運(yùn)行中各供水、排水閥門應(yīng)經(jīng)常檢查，防止銹蝕或滴漏。在大型車輛通過(guò)的地段鋪設(shè)管道時(shí)應(yīng)添加套管，做好標(biāo)識(shí)。灌區(qū)應(yīng)做好輪灌計(jì)劃管理，入冬前排空所有管道積水。管理單位應(yīng)做好管道漏水時(shí)應(yīng)急搶修預(yù)案。

四、低壓管道輸水灌溉水田推廣前景

低壓管道輸水灌溉技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于解決了旱田改水田工程占地問(wèn)題，減少了旱田改水田過(guò)程中繁雜的群眾思想工作，消除了政府與農(nóng)民之間產(chǎn)生矛盾的隱患。低壓管道輸水灌溉對(duì)地形、土壤有較強(qiáng)適應(yīng)性。特別是在滲漏損失大、填方渠道和水資源緊張地區(qū)具有廣闊的推廣前景。

據(jù)我省水利部門統(tǒng)計(jì)，2013年全省市、縣水田灌溉面積3486萬(wàn)畝（全省5837萬(wàn)畝），其中地表水灌溉水田1220萬(wàn)畝，需要地表水置換地下水面積在300萬(wàn)畝左右。從我省億畝生態(tài)高產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃情況看，沿松花江、嫩江、黑龍江、烏蘇里江、興凱湖、引嫩工程、引湯工程提水灌溉可發(fā)展水田800萬(wàn)畝。按照肇源、林甸、巴彥三個(gè)縣項(xiàng)目區(qū)的實(shí)踐成果，如果全省1100萬(wàn)畝水田提水灌區(qū)推廣該項(xiàng)技術(shù)，可節(jié)省耕地51.37萬(wàn)畝，增加優(yōu)質(zhì)糧食生產(chǎn)能力6.16億斤；節(jié)約的水量可再發(fā)展394萬(wàn)畝水田，按畝增糧食200斤計(jì)算，可增加糧食產(chǎn)能7.88億斤。兩個(gè)因素可增加優(yōu)質(zhì)糧食產(chǎn)能14.04億斤，相當(dāng)于再造一個(gè)中等產(chǎn)糧大縣，不但可實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，而且經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益顯著。

（作者系黑龍江省農(nóng)發(fā)辦綜合處處長(zhǎng)）

責(zé)任編輯/張礫