管道輸水灌溉在馬跡嶺灌區(qū)節(jié)水改造中的應(yīng)用

陳洪斌

(湖口縣水利技術(shù)指導(dǎo)站，江西 湖口 332500)

0 引 言

水資源匱乏歷來是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要制約因素。農(nóng)田灌溉作為農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的重要手段，在保證農(nóng)作物產(chǎn)量與促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著積極作用；但是，由于我國水資源不足，且灌溉過程中水資源利用率相對較低，造成灌溉用水浪費(fèi)嚴(yán)重。隨著現(xiàn)代信息、材料、計(jì)算機(jī)、制造工藝等不斷發(fā)展，國家明確提出要以節(jié)水為中心，以水資源的合理開發(fā)利用、科學(xué)配置，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)為重點(diǎn)，建設(shè)水資源調(diào)度自如的工程體系[1]。灌區(qū)節(jié)水改造已然刻不容緩。管道輸水作為灌區(qū)節(jié)水改造的重要手段之一，因其節(jié)水效果明顯，節(jié)約土地，可以有效增產(chǎn)增收等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)許多大中型灌區(qū)有了廣泛應(yīng)用，在節(jié)水改造中扮演著越來越重要的角色。

1 管道輸水灌溉的優(yōu)點(diǎn)

1.1 節(jié)約用水，降低運(yùn)行成本

管道輸水利用分水設(shè)施直接將水輸送至田間，不會(huì)出現(xiàn)堵塞的情況，在田間溝畦灌溉中可以有效減少輸水過程中的蒸發(fā)量和滲透量，從而提高水的有效利用率；其節(jié)水效果一般比土渠少30%，比防滲渠少5%[2]。同時(shí)，管道輸水灌溉可有效提高渠系水利用系數(shù)，在自流水源不足、需要提灌等類型水源共同運(yùn)行的灌區(qū)中，節(jié)約自流灌溉水量可以減少提灌水量、提高水資源利用率、降低運(yùn)行成本[3]。

1.2 及時(shí)供水，促進(jìn)增產(chǎn)增收

管道輸水灌溉是在一定壓力下進(jìn)行的，具有輸水快、供水及時(shí)等特點(diǎn)，其工作原理與生活供水類似，即總閥門打開時(shí)，用戶只需將自家閥門打開即可使用；可以做到即開即用，縮短灌溉周期，在作物需水時(shí)可以及時(shí)灌溉，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收。

1.3 節(jié)約用地，節(jié)省維管用工

傳統(tǒng)土渠輸水方式占地面積通常為灌溉面積的1%～2%左右，梯形斷面防滲渠甚至能達(dá)到灌溉面積的3%～5%；而管道輸水采用地埋式鋪設(shè)，只需要用到灌溉面積的0.5%，可以有效減少占用耕地，提高土地利用率。此外，由于管道內(nèi)壁光滑，且輸水過程中存在一定水頭壓力，可有效防止堵塞等現(xiàn)象，節(jié)約清淤、清雜、維修等人工成本，且管道輸水可以避免明渠灌溉中定時(shí)輪灌，用水戶沿渠看管等現(xiàn)象，減少人力成本[4]。

1.4 適應(yīng)性強(qiáng)，減少改造投資

管道輸水灌溉適用于各種地形，可以跨越溝坎、道路、拐彎等，由于有水壓存在，可以在丘陵、壟埂起伏等地形運(yùn)用。在管道輸水改造過程中不必改造重建原有渡槽，降低渡槽工程需要高空作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。在灌溉時(shí)配合田間移動(dòng)軟管，可解決零散地塊的澆水問題，而且施工安裝方便，有很高的推廣價(jià)值[5]。

1.5 計(jì)量準(zhǔn)確，便于水價(jià)改革

當(dāng)前我國水價(jià)改革的一個(gè)重要制約因素就是計(jì)量問題，在輸水管道的不同分支安裝水表，可以精確計(jì)量各農(nóng)戶灌溉用水，不僅管理方便，而且可以為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革創(chuàng)造了條件。

2 管道輸水灌溉設(shè)計(jì)原則

2.1 項(xiàng)目概況

管道輸水應(yīng)該結(jié)合項(xiàng)目需求進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。馬跡嶺灌區(qū)位于鄱陽湖入長江交匯處，由于境內(nèi)蓄水工程規(guī)模較小，可利用水資源不足，2019年，馬跡嶺灌區(qū)被列入節(jié)水配套改造計(jì)劃。馬跡嶺灌區(qū)是1座包含灌溉、養(yǎng)殖、供水等多項(xiàng)功能的綜合性水利工程，灌區(qū)包含流泗鎮(zhèn)、凰村鄉(xiāng)、大垅鄉(xiāng)、張青鄉(xiāng)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，包含總干渠1條，支渠8條，斗渠37條，農(nóng)渠67條，總灌溉面積為3 520 hm2。

2.2 工程規(guī)劃與灌溉制度

管道輸水設(shè)計(jì)應(yīng)具體說明工程區(qū)規(guī)劃原則、水資源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)與工序關(guān)系、分析工程區(qū)規(guī)劃目標(biāo)。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)主要農(nóng)作物年需水量、不同時(shí)期作物需水量和需水強(qiáng)度，結(jié)合設(shè)計(jì)保證率下典型年作物生育期有效降雨等[6]，推求出灌溉定額、周期、歷時(shí)等。

2.3 管道規(guī)劃

根據(jù)管道輸水灌溉系統(tǒng)中地下埋管與地面移動(dòng)管所占比例與密度的區(qū)別，可以將管道輸水分為固定式、半固定式、一級(jí)固定管道、移動(dòng)式管道等[7]；同時(shí)以固定管道的平面幾何圖形特征分布來看，可以將管道分為樹狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)。在設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)灌溉區(qū)的實(shí)際地形條件和需水情況，選擇合理的管道布置形式，節(jié)約投資。

2.4 管道設(shè)計(jì)

管道設(shè)計(jì)工作壓力設(shè)計(jì)是管道設(shè)計(jì)的核心，管道工作壓力為管道尾端壓力差與沿程水頭損失及局部水頭損失之和。確定管道工作壓力后，依據(jù)工作壓力和工程去實(shí)際經(jīng)濟(jì)情況選擇管材、管徑、管件，要做到方案最優(yōu)，折算年費(fèi)用最小，促進(jìn)項(xiàng)目效益最大化。

3 管道輸水灌溉在馬跡嶺灌區(qū)的應(yīng)用

3.1 灌區(qū)介紹

馬跡嶺灌區(qū)建于20世紀(jì)70年代初，該灌區(qū)是1座重點(diǎn)中型灌區(qū)，受工程建設(shè)時(shí)的歷史環(huán)境、技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件所限，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不高，配套不全，先天不足；加上老化失修，使得灌區(qū)水利用系數(shù)逐年下降，灌溉面積逐年衰減；目前灌區(qū)灌溉面積不足設(shè)計(jì)灌溉面積50%。

節(jié)水改造前灌區(qū)輸水以混凝土渡槽為主，且部分渠道未考慮渠道襯砌，導(dǎo)致漏水情況普遍存在，渠系水利用系數(shù)僅為0.32，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)，由于灌區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，部分泄洪閘未建，分水閘設(shè)備不配套，汛期山洪入渠，對渠道沖刷嚴(yán)重，危害灌區(qū)農(nóng)田安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。此外，由于缺少工程維護(hù)費(fèi)用，無法對工程進(jìn)行全面養(yǎng)護(hù)升級(jí)，導(dǎo)致部分渠道沖刷嚴(yán)重，渠道兩側(cè)土體塌方，過流斷面被不斷壓縮，導(dǎo)致渠道過流能力逐年降低。

為恢復(fù)并一定程度地新增灌溉面積，改善灌區(qū)灌溉條件，提高水利用系數(shù)和灌溉保證率，管道輸水在馬跡嶺節(jié)水灌溉中有了廣泛應(yīng)用。

3.2 管道輸水應(yīng)用

2019年，馬跡嶺灌區(qū)列入了節(jié)水配套改造計(jì)劃，該灌區(qū)按水源地分為4個(gè)灌片，本次對其中的總干水源地灌片進(jìn)行節(jié)水配套改造。該灌片設(shè)計(jì)灌溉面積1.98萬畝(1畝=1/15 hm2)，以1座中型水庫和1座小(2)型水庫為水源，由1條總干、5條支渠及2座隧洞、18座渡槽、1座跌水等建筑物組成。總干渠首為馬跡嶺中型水庫灌溉涵管，總干渠樁號(hào)0+333～1+648段為1號(hào)隧洞，全長約1 315 m；東支渠始于總干渠樁號(hào)1+765處，由1號(hào)分水閘分水進(jìn)入1座小(2)型水庫——移山水庫，從移山水庫灌溉涵管進(jìn)口取水接?xùn)|支渠；樁號(hào)1+827～2+035段為總干渠2號(hào)隧洞，全長208 m；2號(hào)隧洞出口總干渠樁號(hào)2+036處，由2號(hào)分水閘分水進(jìn)入沿山支渠；總干樁號(hào)2+046～2+464段是1座跌水，為天然山洪溝，落差40.5 m，跌水過后接總干渠道；中支渠自總干渠樁號(hào)G4+157處，由中支分水閘取水；總干渠末端樁號(hào)6+200，分流泗支渠和張青支渠。

考慮總干樁號(hào)2+046～2+464段自然水頭落差較大的有利條件，實(shí)施管道輸水代替渠道輸水，推廣管道化輸水灌溉技術(shù)，可有效提高渠系水利用系數(shù)，解決水源水量不足問題，提高灌溉保證率。對總干、支渠道采取管道輸水灌溉，本次實(shí)施管道輸水灌溉總長度為15.460 km,其中總干管長4.303 km，選用DN710～DN630 mm PE管；支管總長為11.157 km，選用DN560～DN110 mm PE管，局部明鋪管道采用鋼管，在各分水管上安裝水表計(jì)量。設(shè)計(jì)方案采用將總干管取水口從2號(hào)隧洞出口跌水改到東支管取水口，即從東支渠上的移山水庫灌溉涵管進(jìn)口取水，管道渠首改線段管道長度相差不大，通過總干渠樁號(hào)1+765處，1號(hào)分水閘向移山水庫補(bǔ)水。該水庫興利庫容為18.06萬m3,在灌溉調(diào)度中調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，達(dá)到管網(wǎng)末端即開即用、供水及時(shí)、管理方便的目的。

3.3 改造效益

項(xiàng)目實(shí)施后，項(xiàng)目區(qū)渠系水利用系數(shù)由原來的0.32提高到0.81，每年可節(jié)約灌溉用水1 568.62萬m3，提高了灌溉保證率，改善灌溉面積1.51萬畝；年增產(chǎn)稻谷120.8萬kg，新增農(nóng)業(yè)產(chǎn)值362.4萬元(見表1)。

表1 節(jié)水改造效益對比

4 結(jié) 論

相比明渠輸水，管道輸水灌溉可以有效提高渠系水利用系數(shù)和灌溉保證率，在節(jié)水灌溉改造中有著廣泛的應(yīng)用前景。管道輸水灌溉具有適應(yīng)性強(qiáng)、節(jié)水節(jié)地、供水及時(shí)等優(yōu)勢，且可以精確計(jì)量灌溉用水，便于管理，對推動(dòng)水價(jià)改革有著重要意義。管道輸水灌溉在馬跡嶺灌區(qū)應(yīng)用過程中，有效提高了渠系水利用系數(shù)，平均每畝節(jié)水792.2 m3，取得了良好的經(jīng)濟(jì)收益，其項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)值得在同類型灌區(qū)改造中進(jìn)行推廣。

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