我國(guó)低壓管道輸水灌溉工程在設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面的問題與對(duì)策

【摘要】隨著混凝土襯砌渠道的弊端日益顯露，節(jié)水省地、生態(tài)效益良好的管道灌溉技術(shù)越來越受到重視。本文概述了國(guó)內(nèi)外低壓管道輸水灌溉工程的發(fā)展?fàn)顩r，介紹了我國(guó)低壓管灌在設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面所取得的成果，并分析了其中仍存在的問題。最后，給出了幾點(diǎn)關(guān)于定型設(shè)計(jì)、灌溉制度和灌區(qū)量水方面的建議。

【關(guān)鍵詞】低壓管道輸水灌溉；設(shè)計(jì)；運(yùn)行；問題

引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來，中央連續(xù)出臺(tái)一號(hào)文件要把節(jié)水灌溉作為重要戰(zhàn)略來抓，全國(guó)各地掀起了節(jié)水灌溉的建設(shè)熱潮。其中，渠道混凝土襯砌不僅節(jié)水效果明顯，而且工藝成熟，造價(jià)低，因而被廣泛應(yīng)用。但近幾年來，渠道混凝土襯砌的弊端不斷顯露，尤其會(huì)對(duì)水田中青蛙、蛤蟆等生物造成致命傷害，從而影響當(dāng)?shù)厣锒鄻有裕茐霓r(nóng)田原有的生態(tài)環(huán)境。管道灌溉作為高效節(jié)水灌溉技術(shù)，具有省水、省地、省工、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，而且不會(huì)破壞農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，因而越來越受到重視。

低壓管道輸水灌溉工程是指以地埋管道進(jìn)行輸水，而在田間仍采用地面灌溉的工程。由于其管道系統(tǒng)的壓力一般不超過300kPa，故被冠以“低壓”。低壓管灌適合各類農(nóng)作物，其一次性投資與運(yùn)行費(fèi)用均省于噴、微灌，更適合向大田作物推廣，也符合我國(guó)國(guó)情。

1、國(guó)內(nèi)外低壓管灌發(fā)展概況

1.1 國(guó)外低壓管灌發(fā)展概況

在美國(guó)低壓管道灌溉被認(rèn)為是節(jié)水最有效、投資最省的一種灌水技術(shù)，早在上世紀(jì)20年代就開始應(yīng)用于加利福尼亞的圖爾洛克灌區(qū)。目前，美國(guó)大多數(shù)大型灌區(qū)都實(shí)現(xiàn)了灌溉管道化。以色列的輸水管道工程堪稱國(guó)際一流，其輸水管道不僅用于供水，而且可以用于回灌地下水，促進(jìn)了水的回歸和再利用。日本十分重視管道灌溉的設(shè)計(jì)和科研工作，尤其是在自動(dòng)化、半自動(dòng)化給水裝置方面，研究出了可調(diào)節(jié)定流量閥以及恒壓、恒量取水栓等。

1.2 國(guó)內(nèi)低壓管灌發(fā)展概況

我國(guó)自上世紀(jì)50年代開始低壓管道輸水灌溉技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，起初主要在北方的井灌區(qū)推廣。目前，我國(guó)井灌區(qū)低壓管道輸水灌溉技術(shù)已經(jīng)成熟，而在渠灌區(qū)推行管道灌溉才是我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水的重點(diǎn)。渠灌區(qū)從 20 世紀(jì) 80 年代開始進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，在管網(wǎng)設(shè)計(jì)、分水量水等方面取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。但由于大口徑管材及管件難以配套，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系也不完善，低壓管道輸水灌溉技術(shù)在大中型灌區(qū)的應(yīng)用有限。

截至2010年，我國(guó)低壓管道輸水灌溉面積已發(fā)展到667萬hm2 ，約占全國(guó)節(jié)水灌溉面積24.5%?！笆濉逼陂g更是要求全國(guó)每年新增管道灌溉（含低壓管道輸水灌溉）面積2000萬畝。

2、工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面取得的成果

2.1 小型機(jī)電灌區(qū)“渠改管”的成功經(jīng)驗(yàn)

低壓管道輸水灌溉工程在小型機(jī)電灌區(qū)的定型設(shè)計(jì)方面積累較多經(jīng)驗(yàn)。不同灌溉面積（一般在1500畝以下）、不同揚(yáng)程的管灌區(qū)泵型的選擇，不同輪灌工作制度下所對(duì)應(yīng)的干支管道的流量和管徑都做了較為詳細(xì)的整理及總結(jié)。

2.2 量、配水裝置的研發(fā)與應(yīng)用

90年代后期隨著節(jié)水認(rèn)識(shí)的提高，量水工作逐步引起重視，各類流量計(jì)如電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等開始廣泛應(yīng)用于各提水泵站。此外一些組合型多功能提水設(shè)施也具有量水功能，例如揚(yáng)州大學(xué)自主研發(fā)的集水泵、電機(jī)、量水、防盜等于一體的機(jī)泵柜。配水方面，研制了一系列田間配水裝置，如山東省蒼山縣自行研制的一種自壓開關(guān)給水栓，水利部推廣的G2Y5-H型球閥移動(dòng)式給水栓等。

2.3 自動(dòng)化、智能化管理系統(tǒng)的推廣

近年來，隨著水利現(xiàn)代化建設(shè)的開展，先進(jìn)的信息化、自動(dòng)化技術(shù)為大規(guī)模灌溉管網(wǎng)的使用提供了有效的管理工具。數(shù)字化、自動(dòng)化技術(shù)在低壓管道輸水灌溉工程管理中應(yīng)用水平不斷提高，如灌區(qū)水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、多級(jí)配水自動(dòng)控制系統(tǒng)、群井聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)以及田間量配水自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)等都被成功開發(fā)，并在各類示范區(qū)成功應(yīng)用。

3、工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行方面存在的問題

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)方面

（1）規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有待完善

國(guó)家現(xiàn)行的管道輸水技術(shù)規(guī)范體系不全且老化嚴(yán)重，而且主要針對(duì)管網(wǎng)控制面積80hm2以下，系統(tǒng)工作壓力在0.3MPa以內(nèi)的灌溉區(qū)域。對(duì)于控制面積較大的灌區(qū)目前尚無系統(tǒng)的管道灌溉規(guī)劃設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。

（2）布置模式有待研究

灌溉管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性不僅受種植作物生長(zhǎng)規(guī)律的影響 ，還與當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌特征，水源情況及氣候條件等因素密切相關(guān)。針對(duì)不同地區(qū)不同作物的具體情況，目前尚缺乏較為全面的灌溉管網(wǎng)布置模式的研究。

（3）經(jīng)濟(jì)分析有待深入

隨著灌溉面積增大，管網(wǎng)布置級(jí)數(shù)增加，加大了管道布置形式及管徑選擇的復(fù)雜程度。而目前的研究大多只針對(duì)管網(wǎng)布置形式優(yōu)化和管徑優(yōu)化的其中一方面，如何同時(shí)優(yōu)化管網(wǎng)布置形式及管徑大小，使得在單位面積內(nèi)灌溉管網(wǎng)的一次性投資的年折算費(fèi)用與年運(yùn)行費(fèi)用之和最低，目前仍然有待深入研究 。

（4）模擬仿真手段落后

關(guān)于管道水力計(jì)算的模型，目前多以恒定流計(jì)算為主，而且主要運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)于復(fù)雜管網(wǎng)的非恒定流過程尚難以準(zhǔn)確模擬。因此往往無法從物理機(jī)理的角度科學(xué)地確定進(jìn)排氣閥、安全閥的數(shù)量和位置，而僅憑工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行保守設(shè)計(jì)，致使灌溉管網(wǎng)難以在經(jīng)濟(jì)可行域內(nèi)安全運(yùn)行。

3.2 運(yùn)行管理方面

（1）穩(wěn)定性問題

在家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任之下，我國(guó)許多灌區(qū)仍未實(shí)現(xiàn)土地流轉(zhuǎn)，一個(gè)300-500畝的機(jī)電灌區(qū)可能涉及上百農(nóng)戶，灌溉分散無序。而灌溉管網(wǎng)多是按照固定的灌溉制度所設(shè)計(jì)，導(dǎo)致灌溉管網(wǎng)在實(shí)際工作的過程中，揚(yáng)程和流量極不穩(wěn)定，一方面使得灌溉設(shè)施不能正常發(fā)揮效益，另一方面也使水泵效率大大下降，浪費(fèi)了大量能源。

（2）計(jì)量方式落后

計(jì)量設(shè)備精度不夠，且水頭損失較大計(jì)量不便，部分自動(dòng)化計(jì)量設(shè)備價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜。隨著大規(guī)模灌溉管網(wǎng)的發(fā)展，一方面，對(duì)于大口徑、大流量的管道自動(dòng)化計(jì)量設(shè)備有待開發(fā)；另一方面，如何實(shí)現(xiàn)“計(jì)量到戶” ，開發(fā)合適的田間取水裝置也亟待解決。

（4）管理軟件實(shí)用性不強(qiáng)

在管網(wǎng)自動(dòng)化控制方面，現(xiàn)有軟件或者過于復(fù)雜，通用性不高，難以大面積推廣；或者軟件過于平庸，功能單一，速度慢、精度低，無法滿足灌溉信息頻繁變化的實(shí)際調(diào)、配水需要。

4、建議

（1）定型設(shè)計(jì) 可以針對(duì)不同區(qū)域、（下轉(zhuǎn)第頁）

（上接第頁）

不同作物等情況，更加完善灌溉管網(wǎng)布置的定型設(shè)計(jì)。例如，可以在管徑定型設(shè)計(jì)時(shí)考慮不同作物的灌水定額，還可以考慮管道工作制度，田間灌水方法，一次灌水延續(xù)時(shí)間等因素形成更全面的工程手冊(cè)。

（2）灌溉制度 對(duì)于已實(shí)施土地流轉(zhuǎn)、農(nóng)場(chǎng)化經(jīng)營(yíng)、規(guī)?；N植的地區(qū)，應(yīng)合理編制輪灌工作制度，優(yōu)化用水次序，嚴(yán)格控制同時(shí)工作的放水口門；對(duì)分散經(jīng)營(yíng)，未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；N植的地區(qū)，由于農(nóng)戶各自種植，用水特點(diǎn)隨機(jī)、無序，執(zhí)行輪灌制度困難，則應(yīng)積極推廣恒壓變頻系統(tǒng)。

（3）灌區(qū)量水 采用管道灌溉一般更有利于灌溉用水的計(jì)量，可在灌溉泵站出水口安裝可視可讀的超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)，或在水源處安裝一體式機(jī)泵柜；下級(jí)管網(wǎng)的量水裝置的配置可根據(jù)灌區(qū)的控制面積和管網(wǎng)級(jí)數(shù)而定，有條件的地區(qū)應(yīng)實(shí)現(xiàn)計(jì)量到戶。以干、支兩級(jí)管網(wǎng)為例，可在泵站出水口安裝電磁流量計(jì)，干、支管道連接處安裝超聲波流量計(jì)，最后在每個(gè)給水栓或者出水口安裝壓力水表實(shí)現(xiàn)量水到戶。

5、結(jié)語

隨著環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)進(jìn)程的深入，節(jié)水、節(jié)能又不影響農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的低壓管道輸水灌溉是目前大田作物農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化改革的方向和潮流。而只有在建設(shè)過程中不斷優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行管理方案，才能因地制宜，解決問題，做到建一片成一片，發(fā)揮效益一片。

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