節(jié)水節(jié)地：全程低壓管道灌溉

■ 何劍榮 李念斌

節(jié)水節(jié)地：全程低壓管道灌溉

■ 何劍榮 李念斌

2011 年中央一號(hào)文件明確提出“大力發(fā)展節(jié)水灌溉，推廣渠道防滲、管道輸水、噴灌滴灌等技術(shù)，擴(kuò)大節(jié)水、抗旱設(shè)備補(bǔ)貼范圍”，并制定了“到 2020 年，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)提高到 0.55 以上”的發(fā)展目標(biāo)。全國(guó)各地的地下低壓管道灌溉覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大，正逐步替代土渠、襯砌渠道。

傳統(tǒng)灌溉的特點(diǎn)與缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的灌溉方式是水從地表面進(jìn)入田間并借重力和毛細(xì)管作用浸潤(rùn)土壤，這是最古老的也是目前應(yīng)用較為廣泛的一種灌水方法。平原地區(qū)在從水源經(jīng)水泵提升后到田間的過(guò)程中，必須經(jīng)過(guò)渠道的傳輸，不同歷史時(shí)期、不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、不同地區(qū)以及不同的灌溉習(xí)慣，所采用的灌溉渠道是不同的。傳統(tǒng)的灌溉渠道有土渠、襯砌渠道、無(wú)壓地下混凝土暗渠等，

但隨著科技的發(fā)展，傳統(tǒng)渠道的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯，很難與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化相適應(yīng)、相銜接。

雖然國(guó)家于 2006 年 7 月 1 日發(fā)布實(shí)施了《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 20203-2006），但由于經(jīng)濟(jì)條件以及灌溉習(xí)慣等各種因素的限制，全國(guó)各地區(qū)全程低壓管道灌溉（即從水泵出水口至最末端田間給水栓）的面積占灌溉總面積的比例較小。

目前，上海地區(qū)采用的灌溉渠道多為混凝土預(yù)制板砌渠、混凝土預(yù)制整體組裝渠。混凝土預(yù)制板砌渠需要預(yù)制混凝土板進(jìn)行拼裝，同時(shí)渠頂設(shè)置壓頂，整體性較混凝土預(yù)制整體組裝渠差，泡田期施工質(zhì)量差時(shí)預(yù)制混凝土板容易翻掉，且板后填土很難密實(shí)，經(jīng)過(guò)泡水后，預(yù)制板后填土沉降空掉，導(dǎo)致明渠坍塌?；炷令A(yù)制整體組裝渠整體性較好，不會(huì)翻掉，也不會(huì)因渠后填土沉降而坍塌。近年嘉定外岡地區(qū)也采用了機(jī)器現(xiàn)澆混凝土整體一次成型的渠道，通過(guò)調(diào)研，這種渠道質(zhì)量可控、整體性好、耐久性好，但施工相對(duì)麻煩，需要在開(kāi)好的溝頂兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)軌，供澆筑機(jī)械行走，投資相對(duì)較高。無(wú)壓地下暗渠在田間需設(shè)置很多較高的檢查井或放水井，一方面不夠美觀；另一方面影響農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作。上述各種傳統(tǒng)渠道都需要大量的人工打開(kāi)放水的小閘門(mén)，費(fèi)工且效率很低。從 2011 年中央一號(hào)文件發(fā)布以來(lái)，上海市在農(nóng)田水利方面加大了投入，全程低壓管道灌溉逐漸推廣。

全程地下低壓管道的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1．節(jié)水

水泵出水管與灌溉干管完全對(duì)接，灌溉水體經(jīng)過(guò)水泵、干管（分干管）、支管、給水栓直接輸送至田面，在這一輸水過(guò)程中，水體完全處于低壓管道中，避免了蒸發(fā)，也避免了明渠決堤造成的流淌損失，而且灌溉結(jié)束后留存在管道里的水體遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于渠道灌溉留存在渠道里的水體。目前，低壓管道管材質(zhì)量較高，接頭方便、牢靠，基本沒(méi)有滲漏水的情況，管道系統(tǒng)水利用系數(shù)設(shè)計(jì)值可達(dá) 95% 以上。全程地下低壓管道比土渠節(jié)水約 50%，比混凝土渠道節(jié)水約 25%。

2．節(jié)地

管道輸水比明渠輸水灌溉省地，管道多埋于地下，除取水口、閥門(mén)井需占地外，干管與支管均埋在田間道路一側(cè)土路肩地下，相對(duì)相同輸水量的渠道（襯砌渠道以及土渠）來(lái)說(shuō)，地下低壓管道干管占地較少。通過(guò)計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，全程地下低壓管道干管的管徑一般為 400～600mm，最為經(jīng)濟(jì)合理（原因主要是較大管徑的低壓管道、配套管件以及控制閥（如蝶閥、閘閥）價(jià)格昂貴）；支管管徑一般為160～350mm。以管代渠一般可比土渠減少占地 5.0% 左右，比混凝土渠道節(jié)地約 2.5% 左右。

3．節(jié)能

采用低壓管道輸水，節(jié)省了灌溉用水量，從而節(jié)約了能耗。以水稻田灌溉為例，相比土渠節(jié)約能耗約 45%，比混凝土渠道可節(jié)約能耗 20% 以上。

4．節(jié)省人工和維護(hù)費(fèi)

輸水管道多采用 PVC-U 給水管，內(nèi)壁光滑，阻力小，輸水快，灌水周期短，只需按時(shí)開(kāi)泵以及閥件放水即可，啟閉方便，條件允許的情況下，配置自動(dòng)化控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程即可操作，省事、省時(shí)、省工。與渠道輸水需定期清淤、維修相比，減少了渠道清淤、不定期維修、定期歲修等工作量，從這個(gè)角度也節(jié)約了工費(fèi)和維修費(fèi)。

5．增產(chǎn)

管道灌溉輸水速度快、灌水及時(shí)、均勻等，根據(jù)糧食生產(chǎn)單位統(tǒng)計(jì)對(duì)比資料，管道灌溉比渠道灌溉增產(chǎn)增收10%左右。

6．對(duì)地形變化有很強(qiáng)的適應(yīng)性

渠道灌溉適用于地勢(shì)較為平坦的田塊，或者地勢(shì)變化朝一個(gè)方向的情形，以適應(yīng)水往低處流的自然規(guī)律。而低壓管道內(nèi)水體有一定壓力，地勢(shì)變化在一定范圍內(nèi)時(shí)，水體均可到達(dá)需水的田面；低壓管道灌溉不僅適用于揚(yáng)水灌區(qū)，也可用于自流灌區(qū)；管灌不僅可在整齊大塊地里鋪設(shè)，亦可在零星地和插花地使用。

低壓管道灌溉的經(jīng)濟(jì)效益

自 2012 年以來(lái)，上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)有限公司參與了大量農(nóng)田水利工程的設(shè)計(jì)任務(wù)，所涉及水稻田的灌溉大都采用了低壓管道灌溉。在上海的域外大型農(nóng)場(chǎng)—上海農(nóng)場(chǎng) 2012 年 5000 余畝高水平糧田建設(shè)中不僅全程采用低壓管道進(jìn)行灌溉，同時(shí)增設(shè)管道將發(fā)酵好的豬糞水輸送到田面，實(shí)現(xiàn)了種養(yǎng)結(jié)合、廢棄物利用、節(jié)能減排，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)有機(jī)大米。上海農(nóng)場(chǎng)在 2012 年高水平糧田建設(shè)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，2013～2016 年又連續(xù)多年進(jìn)行高水平糧田建設(shè)，均采用了灌排分開(kāi)的“渠改管”灌溉模式，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

上海市嘉定區(qū) 2012～2016 年期間，水稻田農(nóng)田水利建設(shè)中大都采用“渠改管”低壓管道灌溉模式，深受中糧合作社歡迎，同時(shí)也吸引了不少上海市以及其他郊區(qū)農(nóng)業(yè)、水務(wù)部門(mén)的專(zhuān)家來(lái)嘉定區(qū)進(jìn)行考察，并在金山等區(qū)進(jìn)行推廣。下面簡(jiǎn)要介紹低壓管道灌溉在嘉定區(qū) 2012 年華亭鎮(zhèn)高水平建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)用及其效益。

嘉定區(qū) 2012 年華亭鎮(zhèn)高水平建設(shè)項(xiàng)目位于華亭鎮(zhèn)華亭村，建設(shè)規(guī)模 1115 畝，主要種植水稻和小麥，在田、水、路、林、村統(tǒng)一規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)自然地形和便于灌溉管理的要求，將 1115 畝耕地劃分為 4 個(gè)小灌區(qū)，從灌溉泵站至田間放水口全部采用地下管道，實(shí)施全封閉有壓輸、配水；水泵采用變頻調(diào)速的小型立式混流泵，管道管材采用PVC-U 管給水管，其中干管為 DN400，支管為 DN250。兩條支管間距約84m，中間設(shè)一道 0.8m 寬排水明溝。每條支管上設(shè)置 1.2m寬砂石田埂，以方便農(nóng)民噴灑藥水等耕作通行。

目前，嘉定區(qū) 2012 年華亭鎮(zhèn)高水平建設(shè)項(xiàng)目于 2013 年春建設(shè)完成，并于 2013 年 5 月投入使用，效益顯著，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施前后對(duì)比分析與測(cè)算，主要經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)如下：

節(jié)約勞動(dòng)力：項(xiàng)目區(qū)運(yùn)行后，每年大約可節(jié)省放水員、清理溝內(nèi)雜草雜物等人工 5500 個(gè)（每畝約節(jié)省 5 個(gè)人工），每個(gè)人工按 100 元計(jì)算，可節(jié)省 55 萬(wàn)元 / 年。

支管上砂石田埂

支管控制蝶閥

增產(chǎn)：項(xiàng)目區(qū)為水稻、小麥輪作，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施前后對(duì)比分析，水稻每畝約增產(chǎn) 45kg，小麥每畝約增產(chǎn) 35kg，按水稻單價(jià) 3.3 元 /kg，小麥單價(jià) 2.3 元 /kg 計(jì)，項(xiàng)目區(qū)增產(chǎn)效益達(dá) 25.1 萬(wàn)元 / 年。

節(jié)水 ：原有灌溉水利用系數(shù)只有 0.45，采用管道灌溉后提高到 0.95。經(jīng)運(yùn)行測(cè)算，每畝節(jié)約水資源約 200 噸，1115畝節(jié)約地表水資源 223000 噸，目前上海地區(qū)對(duì)農(nóng)業(yè)取水暫緩征收水資源費(fèi)。

節(jié)電：對(duì)比測(cè)算地下管道灌溉模式比原有的明渠模式每畝用電量減少約20度。整個(gè)項(xiàng)目區(qū)節(jié)約用電約22300度/年，節(jié)約用電成本 0.89 萬(wàn)元 / 年。

低壓管道灌溉存在的問(wèn)題

雖然管道灌溉有很多優(yōu)勢(shì)，但通過(guò)這幾年的實(shí)踐，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：

1．質(zhì)量好的管材較貴，市場(chǎng)上管材質(zhì)量參差不齊，施工單位選購(gòu)的管材常常為小廠生產(chǎn)價(jià)格便宜的劣質(zhì)管材，實(shí)際實(shí)施中很難控制。

2．配套的管件、控制閘閥，放水栓等設(shè)施設(shè)備選擇的余地不大，且價(jià)格較貴，需要相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)盡快開(kāi)發(fā)方便連接、維修、耐久性好、價(jià)格便宜的配套產(chǎn)品。

3．項(xiàng)目建成移交使用后，需要對(duì)使用操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，加強(qiáng)已建工程維修保養(yǎng)工作，確保管道灌溉設(shè)施的正常運(yùn)行和充分發(fā)揮應(yīng)有效益。

隨著社會(huì)的的發(fā)展，農(nóng)村、農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式也將會(huì)發(fā)生急劇的變化，農(nóng)村勞動(dòng)力越來(lái)越少，務(wù)農(nóng)人工工資不斷增加，土地流轉(zhuǎn)將進(jìn)一步加速。傳統(tǒng)的渠道灌溉向管道灌溉轉(zhuǎn)變是未來(lái)的發(fā)展方向，不僅節(jié)工、水、電、地，增產(chǎn)，同時(shí)為水稻等大田灌溉實(shí)現(xiàn)輸水管道化、水肥一體化、控制自動(dòng)化、管理信息化創(chuàng)造了條件，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。

（作者單位：上海嘉定水務(wù)工程設(shè)計(jì)有限公司）