膜下滴灌技術(shù)設(shè)計(jì)施工與管理

華 媛

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030002）

膜下滴灌，是把薄膜覆蓋種植技術(shù)與滴灌技術(shù)相結(jié)合起來的一種新型高效節(jié)水灌溉技術(shù)。因其具有良好的節(jié)水能力、供水保障、灌水自動(dòng)化、抗鹽堿以及水源水質(zhì)的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，使得該技術(shù)在我國(guó)廣大地區(qū)的眾多作物與不同環(huán)境下得到了推廣應(yīng)用。在技術(shù)研究領(lǐng)域，人們研究了節(jié)水對(duì)區(qū)域水源、土地鹽堿化以及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)等農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響；將微咸水引入膜下灌溉，由此進(jìn)一步擴(kuò)大了灌溉水源，為農(nóng)業(yè)開源節(jié)流提供了新的思路和技術(shù)可能；膜下滴灌條件下，水地溫度、水肥運(yùn)移以及根系發(fā)展等情況的自動(dòng)觀測(cè)與評(píng)價(jià)等，為作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)等提供了有力技術(shù)保障。然而，由于工程設(shè)計(jì)能力不足、施工水平或認(rèn)識(shí)程度較低、管理深度不夠等原因，使得該技術(shù)在實(shí)際的工程應(yīng)用中難以充分實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。本文以懷仁縣已經(jīng)建設(shè)完成的膜下滴灌工程項(xiàng)目為例，通過對(duì)工程設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)行管理過程進(jìn)行分析，提出了一些容易出現(xiàn)的、對(duì)系統(tǒng)效果影響明顯的問題以及解決辦法，以有利于技術(shù)的推廣。

1 懷仁縣膜下滴灌項(xiàng)目建設(shè)情況

1.1 總體概況

懷仁縣位于山西省北部，桑干河上游，地處塞外黃土高原、雁門關(guān)外、大同盆地中部。本地區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。年均降雨量一般在315～459 mm之間，年均水面蒸發(fā)量1 223 mm，干旱指數(shù)3.26，干旱是影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物產(chǎn)量以及農(nóng)業(yè)收入的最主要因素。由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉工程配套不夠完善，田面標(biāo)準(zhǔn)不高，傳統(tǒng)的農(nóng)田灌溉方式造成了水資源極大浪費(fèi)。同時(shí)，地下水位的極度下降又進(jìn)一步惡化了該區(qū)域的水資源環(huán)境。為此，新型高效節(jié)水的膜下滴灌技術(shù)得到了普遍重視和推廣應(yīng)用。

膜下滴灌技術(shù)在懷仁縣主要用于玉米灌溉，采用一膜種植兩行的模式。2013—2017年已建成工程面積約2 334 hm2。

1.2 工程布置

灌溉模式為“水源、潛水泵抽水及主干管道泵加壓、首部設(shè)備、輸水PVC分干管、PE支管、PE毛管、內(nèi)鑲貼片滴頭、植株根部”。由此，膜下滴灌系統(tǒng)由水源工程、首部設(shè)備、田間管網(wǎng)、檢查井及管理房等四部分組成。水源工程部分為引水工程，由主干管直接接入系統(tǒng)首部過濾器；水源為機(jī)井，經(jīng)過潛水泵抽水及管道泵的加壓進(jìn)入首部。首部設(shè)備包括過濾設(shè)備，施肥裝置和測(cè)控裝置。田間管網(wǎng)一般包含分干管、支管、輔管、毛管及連接管件。系統(tǒng)設(shè)有排氣閥、壓力表、流量控制閥門等管道控制設(shè)備。滴灌帶選用內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，型號(hào)為直徑16×0.2×300-1.38 L/h，最大工作壓力為0.20 MPa，設(shè)計(jì)工作壓力為0.1 MPa。

2 膜下滴灌項(xiàng)目工程施工

2.1 關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)變更

滴灌系統(tǒng)的水力計(jì)算要求精度較高，管材以及管道直徑、長(zhǎng)度的變化、管件數(shù)量或規(guī)格的調(diào)整等都將影響管道工作壓力，繼而影響出水和灌溉效果。為此，施工前應(yīng)詳細(xì)檢查設(shè)計(jì)圖紙，并與灌區(qū)水源、地形、作物種植及首部位置進(jìn)行校對(duì)，查看是否相符，經(jīng)過校對(duì)發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)及時(shí)同設(shè)計(jì)部門協(xié)商，并提出合理的修改方案（必要時(shí)，要求重新進(jìn)行水力計(jì)算和系統(tǒng)規(guī)劃）。另外，因?yàn)橥两üこ塘枯^小，又是隱蔽工程，工程施工的技術(shù)要求很容易被忽視。然而，安裝設(shè)備的優(yōu)劣對(duì)管道系統(tǒng)的安裝精度或質(zhì)量影響很大，施工前也應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范或設(shè)計(jì)或滴灌材料供應(yīng)廠商的技術(shù)要求，予以嚴(yán)格控制。

2.2 施工程序

施工程序包括施工放樣、基槽和基坑的開挖，排水及管線配套建筑物的基礎(chǔ)處理、建筑物施工、干管及管件安裝、管槽及建筑物回填、支管與毛管（滴灌帶）田間鋪設(shè)、首部設(shè)備安裝、系統(tǒng)試水等主要環(huán)節(jié)。施工放樣應(yīng)確保精度，不應(yīng)隨便調(diào)整下級(jí)管道以及管件的平面和空間位置。地下管道安裝應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制基底高程和質(zhì)量。系統(tǒng)試水不僅可以對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測(cè)，而且對(duì)系統(tǒng)的工作狀況，包括壓力、出水等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得第一手系統(tǒng)水力資料，為同類其他項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以及將來項(xiàng)目的運(yùn)行管理，提供重要參考和依據(jù)，因此應(yīng)認(rèn)真實(shí)施并做好記錄、信息反饋和分析工作。

2.3 管線施工要點(diǎn)

在冬季施工前要保證干管不存水，干管頂部埋深應(yīng)大于當(dāng)?shù)貎鐾辽疃?，基槽?yīng)平整順直，并按規(guī)定進(jìn)行放坡。

干管的轉(zhuǎn)彎、三通、分岔、彎頭、異徑接頭和閥門處應(yīng)該設(shè)置鎮(zhèn)墩，并視管道坡度合理設(shè)置支墩。

懷仁縣項(xiàng)目地埋管系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本一致，干管采用直徑110 mm PVC硬管，工稱壓力0.6 MPa；地面輸水管采用直徑63 mm PE軟帶，工稱壓力0.25 MPa；地面輔管采用直徑32 mm PE軟帶，工稱壓力0.25 MPa；毛管采用直徑16 mm PE滴灌管，內(nèi)鑲貼片式滴頭流量1.38 L/h。施工前應(yīng)先選擇符合滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)的管道，并對(duì)管道質(zhì)量和規(guī)格尺寸進(jìn)行復(fù)查，禁止使用存有破裂跡象、口徑不正、管壁薄厚不均及管端老化等現(xiàn)象的管道，同時(shí)保持管內(nèi)清潔。在施工過程中禁止隨意扭折或隨地拖拉管道，以防止管道磨損。管道附件安裝過程中，在便于施工作業(yè)條件下，對(duì)鋪設(shè)管道一次性組裝，并保證位置準(zhǔn)確，連接牢靠，不存在漏水問題。

滴灌管的鋪設(shè)及安裝。按扣三通是毛管與支管連接專用構(gòu)件，施工精度要求高，對(duì)于膜下滴灌系統(tǒng)而言，關(guān)鍵是在支管上鉆好安裝按扣三通的孔眼。安裝按扣三通孔眼的位置、方向和大小對(duì)滴灌系統(tǒng)的運(yùn)行管理影響很大，必須從嚴(yán)要求?？籽畚恢靡c毛管鋪設(shè)位置對(duì)準(zhǔn)，毛管鋪設(shè)位置應(yīng)按設(shè)計(jì)要求與種植行相對(duì)應(yīng)。孔眼方向要求支管上所有孔眼方向務(wù)必與地面平行。施工時(shí)首先要檢查支管是否有拗勁現(xiàn)象，如有務(wù)必放松。然后將支管拉直用粉筆標(biāo)出開孔點(diǎn)后對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)鉆孔。滴灌管鋪設(shè)長(zhǎng)度必須留有足夠余量，平面略呈“S”形，與支管接頭處要剪齊插緊，并經(jīng)常返回查看已鋪設(shè)的滴灌管是否有脫落。

首部設(shè)備安裝。抽水加壓、過濾器、施肥和施農(nóng)藥設(shè)備、測(cè)量?jī)x表和保護(hù)設(shè)備等的安裝，應(yīng)嚴(yán)格按產(chǎn)品說明書進(jìn)行，并按相關(guān)技術(shù)規(guī)范組織驗(yàn)收。影響管道系統(tǒng)運(yùn)行的因素很多，因此應(yīng)在各級(jí)管道上安裝足夠數(shù)量的測(cè)量?jī)x表，以便實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 問題及分析

3.1 供水保證問題

3.1.1 水力計(jì)算

設(shè)計(jì)中，一般按照《微灌工程技術(shù)規(guī)范》對(duì)滴灌系統(tǒng)進(jìn)行水力計(jì)算。水頭損失，主要包括沿程水頭損失和局部水頭損失兩部分，而后者往往按照沿程水頭損失的10%～20%進(jìn)行估算，相關(guān)實(shí)測(cè)成果早已表明，這種估算其實(shí)存在著較大的誤差。

此外，除連接件外，上下級(jí)管道、管道與連接件間，有時(shí)也會(huì)采用變徑管予以連接，而這些變徑管的水頭損失也是不容忽視的。另一方面，不同生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品以及不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，水頭損失的差別很大。因此，對(duì)于滴灌輸水系統(tǒng)的水力計(jì)算，除了采用公式計(jì)算并充分考慮各種損失外，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲取針對(duì)具體項(xiàng)目的第一手資料，對(duì)校核計(jì)算結(jié)果非常重要。

對(duì)于懷仁縣這種分年度實(shí)施的工程項(xiàng)目而言，前期工程的試驗(yàn)資料，尤其是管道水力損失方面的試驗(yàn)成果，將為后期的計(jì)算提供非常寶貴的依據(jù)。若規(guī)劃的相似度很高，用試驗(yàn)成果代替計(jì)算，其精度是可以得到保證的。

3.1.2 施工中容易出現(xiàn)的問題

項(xiàng)目用戶或施工單位，對(duì)結(jié)構(gòu)改變影響水頭繼而影響管道運(yùn)行效果的因素認(rèn)識(shí)不夠。現(xiàn)場(chǎng)條件、地形的變化、用戶的具體需求、設(shè)備供應(yīng)的更改等，常常成為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微調(diào)的因素，這些微調(diào)常被人們忽視。比如支管位置的變化、毛管長(zhǎng)度的加長(zhǎng)、連接件規(guī)格的調(diào)整等等，都會(huì)對(duì)滴頭的出水情況產(chǎn)生一定的影響。

3.1.3 運(yùn)行中的問題

地面鋪設(shè)的管道（軟帶）以及滴頭老化、堵塞或損壞相對(duì)較快，運(yùn)行期間，更換的頻度相對(duì)高一些，從確保設(shè)計(jì)運(yùn)行狀態(tài)考慮，新的管道與滴頭在規(guī)格、材質(zhì)、控制范圍等方面與原設(shè)計(jì)保持一致。對(duì)于滴頭的選擇，可供選擇的主要有兩種，費(fèi)用也有較大差別。壓力補(bǔ)償式對(duì)出水量的控制效果更好，在減少堵塞方面也有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)。因此，關(guān)于地面工程的更換，需要有專業(yè)技術(shù)方面的投入，以確保系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

3.2 運(yùn)行安全問題

3.2.1 管道的低溫運(yùn)行

設(shè)計(jì)階段地下管道的鋪設(shè)高程，一般要求在凍土層以下，且要求管道順直、保持一定的坡度，這就要求確保施工的足夠精度。另一方面，管道埋置過深對(duì)將來的檢修不利。因此，運(yùn)行管理中，應(yīng)重點(diǎn)確保管道在入冬前處于排空狀態(tài)，必要時(shí)可以借助空壓機(jī)予以實(shí)現(xiàn)。3.2.2 灌溉制度的執(zhí)行

確保系統(tǒng)按照灌溉制度運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)效果影響很大，這其中很重要的一點(diǎn)就是選擇并執(zhí)行合理的輪灌方式。管道的流速以及滴頭的出水量過小，一次灌溉的時(shí)間延長(zhǎng)，相應(yīng)會(huì)增加深層滲漏損失；另一方面，一些微生物也有了生存的空間，并進(jìn)一步降低過水能力。流速過大，作物根系又將產(chǎn)生水分脅迫效應(yīng)（若存在種植品種變化時(shí)，有些作物可能會(huì)發(fā)生）。

3.2.3 覆膜和滴灌聯(lián)合運(yùn)用

膜下滴灌的優(yōu)勢(shì)是可以保證實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉和減少蒸發(fā)，兩者對(duì)灌溉效益的作用是相輔相成的。在一些特別干旱的地區(qū)，只滴灌不覆膜的影響往往是很大的，因此，應(yīng)始終確保覆膜和滴灌的聯(lián)合運(yùn)用模式。

3.3 膜下滴灌項(xiàng)目評(píng)價(jià)

對(duì)于節(jié)水灌溉項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，人們往往更多地關(guān)注于用水量的減少和產(chǎn)量的提高方面，但對(duì)工程全生命周期的綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行的相對(duì)較少。一項(xiàng)滴灌系統(tǒng)的使用壽命往往在10年或20年以上，其中，系統(tǒng)運(yùn)行電費(fèi)、設(shè)備的維護(hù)更換費(fèi)用、灌溉對(duì)土地的長(zhǎng)期作用效應(yīng)、地膜的污染、滴灌帶的回收利用等，都影響工程的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，因此，項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)階段，在規(guī)劃布置、設(shè)備選型等方面，應(yīng)從全生命周期角度，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的綜合考量。同時(shí)，關(guān)注并及時(shí)、認(rèn)真地做好項(xiàng)目的評(píng)價(jià)工作，對(duì)技術(shù)改進(jìn)和項(xiàng)目后期的合理運(yùn)用發(fā)揮積極的作用。

4 結(jié)論

懷仁縣的膜下滴灌項(xiàng)目將大幅促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)、農(nóng)民增收，有效遏制地下水超采，改善生態(tài)環(huán)境，同時(shí)還將改變農(nóng)村生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。在我國(guó)膜下滴灌技術(shù)研究向深度和廣度進(jìn)展的同時(shí)，做好工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理等基礎(chǔ)工作，將為該技術(shù)的進(jìn)一步推廣運(yùn)用提供成功經(jīng)驗(yàn)。