渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)研究

路喜虎

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030）

管道輸水灌溉技術(shù)主要是在壓力作用下，通過(guò)管道把水資源輸送到田間對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，不僅可以替代明渠對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉，還可節(jié)約水資源，減少資源浪費(fèi)，促進(jìn)農(nóng)作物穩(wěn)定生長(zhǎng)。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的逐漸發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平逐漸提升，管道輸水灌溉技術(shù)逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)。

1 渠灌區(qū)管道輸水工程概述

渠灌區(qū)的主要特點(diǎn)：一是渠灌區(qū)可灌溉的農(nóng)田面積比較大，輸水配水管網(wǎng)比較多，管徑較大，農(nóng)作物灌溉效果較好，可節(jié)約水資源，減少對(duì)土地資源的占用和人工投入。二是農(nóng)作物灌溉靈活，輸水和灌水速度較快，提升了輪灌效率，可結(jié)合農(nóng)作物具體需求進(jìn)行靈活灌溉。三是維修方便，減少了渠灌區(qū)管理成本，降低了灌水投入[1]。

輸水管道化是渠灌區(qū)田間輸水的主要發(fā)展方向，目前尚處于初級(jí)摸索階段，需結(jié)合不同地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)條件合理選擇灌溉技術(shù)。對(duì)于一些低山丘陵區(qū)域，可結(jié)合地形落差配備自壓輸水系統(tǒng)，在滿(mǎn)足農(nóng)田灌溉需求的同時(shí)，還可以起到節(jié)水效果，減少管道工程占據(jù)的土地面積。輸水管道通常敷設(shè)在凍土層下方，可有效避免環(huán)境因素造成的管道凍脹破壞，將工程維修費(fèi)用降到最低。如某丘陵地區(qū)的渠灌區(qū)，地面坡度1/50～1/10，地形高差10～30 m，選擇管道輸水可節(jié)約耕地資源3%左右，渠系水利用系數(shù)可提升至95%。渠灌區(qū)周?chē)男∑叩?，通過(guò)水泵提水輸水系統(tǒng)滿(mǎn)足農(nóng)田管道輸水灌溉需求，在緩解水資源匱乏問(wèn)題的同時(shí)，還可促進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，促進(jìn)噴灌和滴灌等先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2 管道輸水形式

管道輸水對(duì)環(huán)境的適用性較強(qiáng)，即便是一些山地丘陵區(qū)域，也可以通過(guò)管道輸水方式滿(mǎn)足農(nóng)田灌溉需求。地面坡度大、地形條件復(fù)雜的地區(qū)，可采用固定式管道輸水形式；干渠兩側(cè)的農(nóng)田，如果地勢(shì)平坦，可使用半固定式管網(wǎng)，以降低成本。利用地形高低落差，結(jié)合用水保證率要求選擇樹(shù)枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)。

3 渠灌區(qū)管道輸水灌溉系統(tǒng)的組成

3.1 水源

一般情況下，渠灌區(qū)的水源有壩塘、水庫(kù)、河流等，取水前要結(jié)合農(nóng)作物的灌溉需求，對(duì)水源水質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，防止農(nóng)作物受到污染。如果水中含有較多的污泥、雜草等物質(zhì)，會(huì)堵塞管網(wǎng)，因此在灌溉之前需進(jìn)行沉積、攔污處理。

3.2 首部樞紐

該構(gòu)件主要是把水從水源中提取出來(lái)，并結(jié)合實(shí)際灌溉要求，對(duì)水質(zhì)、水壓、水量等進(jìn)行針對(duì)性處理，確保管道輸水灌溉順利進(jìn)行。要結(jié)合具體水源的類(lèi)型，對(duì)首部樞紐進(jìn)行合理選擇。一般情況下首部樞紐設(shè)置在水源周邊；如果水源與農(nóng)田距離較遠(yuǎn)，需在中間位置選擇合適區(qū)域設(shè)置首部樞紐，從而簡(jiǎn)化操作流程，提升管理的便利性。在水源較多的情況下，需對(duì)水量、水位、水質(zhì)等要素進(jìn)行綜合考量，選擇最佳的提水方案，以便對(duì)管理成本進(jìn)行合理控制。在具體的設(shè)置過(guò)程中，要綜合考慮地形、地質(zhì)、蓄水及供水建筑物位置等要素，盡量縮短輸水距離[2]。

3.3 輸配水網(wǎng)管

主要由低壓管道、管件、附屬管道裝置等構(gòu)成。在灌溉面積較大的情況下，還要另外設(shè)置干管、支管等。如果灌溉面積較小，僅使用單機(jī)泵、單級(jí)管道即可。渠灌區(qū)輸配水管網(wǎng)由多級(jí)管道構(gòu)成，且都是固定式的地埋管，一般情況下其管材主要有混凝土管、硬塑料管、鋼管等[3]。

3.4 田間灌水系統(tǒng)

3.4.1 田間灌水管網(wǎng)輸配水形式 通常使用地面移動(dòng)管道進(jìn)行輸水，可減少水資源的消耗，提升水資源利用率，且管理方便，占用土地少，不會(huì)對(duì)耕作及田間管理產(chǎn)生不利影響。

3.4.2 明渠輸水壟溝輸水方式 主要包括常規(guī)畦灌、溝灌等，輸水過(guò)程中水資源滲漏損失大，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，且勞動(dòng)強(qiáng)度和灌水工作量較大，占用土地較多。

3.4.3 地面移動(dòng)管道輸配水 以溝灌、畦灌實(shí)施地面灌水，不需要太多的輸水軟管，成本較低，可利用閘孔管道、引水管等對(duì)周邊的畦、溝等實(shí)施灌溉。

4 渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 規(guī)劃布置原則

渠灌區(qū)管道輸水灌溉系統(tǒng)的布置，與工程運(yùn)行情況、后期維護(hù)及總體經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)，應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)劃布置原則。一般情況下，管網(wǎng)工程占管道輸水灌溉工程總投資的70%以上，要充分結(jié)合渠灌區(qū)的地質(zhì)地形條件和水文條件，對(duì)多種方案進(jìn)行對(duì)比分析，確定符合區(qū)域?qū)嶋H情況的最佳方案和最佳管網(wǎng)類(lèi)型。具體布置中，管網(wǎng)設(shè)計(jì)和敷設(shè)時(shí)，應(yīng)將每條斗渠控制的面積作為完整系統(tǒng)；管網(wǎng)規(guī)劃中要根據(jù)畦田長(zhǎng)度，選擇合適的給水栓供水方式，確定最佳的給水栓布設(shè)間距；給水栓位置明確后，要盡可能縮短管道布設(shè)線(xiàn)路；盡可能保證管線(xiàn)平順、筆直，減少?gòu)澢c(diǎn)和起伏點(diǎn)；管道盡可能與溝渠、路等保持平行，順著機(jī)耕路與地邊布置，便于后續(xù)機(jī)械化作業(yè)和管理；盡可能采用雙向供水管道，以節(jié)約管材。給水栓間距對(duì)輸水管網(wǎng)的總長(zhǎng)度影響較大，間距越大，管網(wǎng)的總長(zhǎng)度越小。

4.2 管網(wǎng)布置

渠灌區(qū)的地形條件較復(fù)雜，要充分結(jié)合實(shí)際情況靈活選擇管網(wǎng)布置方式。兩邊分水式：山丘地區(qū)地質(zhì)條件較差，被沖溝分隔為長(zhǎng)舌狀臺(tái)地，等高線(xiàn)保持平行狀態(tài)，主管在地塊中間區(qū)域布置，支管則是在干管兩側(cè)布設(shè)。一邊分水式：主要是在單側(cè)坡地地塊設(shè)置，如果地面坡度較大，可沿著高地一側(cè)布置主管，低地一側(cè)布置支管，此種管道布置形式需要消耗大量的管材，投資較高。

4.3 管材選取

渠灌區(qū)管道輸水灌溉工程施工中，管材的選擇至關(guān)重要，常見(jiàn)管道有塑料管、水泥類(lèi)預(yù)制管及軟質(zhì)管等。水泥類(lèi)預(yù)制管的總成本較低、壽命長(zhǎng)、最大承受壓力在0.2 MPa 左右。若區(qū)域流量較大，且擁有充足的砂石材料，可選擇水泥類(lèi)預(yù)制管作為輸水管道，但要考慮地基不均勻沉降問(wèn)題，增強(qiáng)管道的沉降適應(yīng)性。塑料管內(nèi)部光滑，整體重量較輕，輸水阻力較小，便于后期施工安裝，被廣泛應(yīng)用于管道輸水灌溉工程中。施工條件良好時(shí)可選擇薄壁PVC 管，施工條件較差時(shí)適合選擇雙壁波紋PVC 管。軟質(zhì)管材質(zhì)較為柔軟，適合盤(pán)卷，通常應(yīng)用于半固定式的管道灌溉系統(tǒng)中。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)施工

水泥類(lèi)預(yù)制管施工中，要根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)合理配置灰膏，將油膏切塊放到加熱容器中，加熱、攪拌，溫度控制為120～140 ℃。熔化的油膏與麻絲、水泥混合攪拌，配置為灰膏，即配即用，防止冷卻固化。接頭連接安裝階段，將接頭上的雜質(zhì)清理干凈后平放在溝槽中；下一節(jié)管立在槽中，承口向上，并在承口周?chē)鶆蛲磕ɑ腋?，承口?duì)準(zhǔn)插口，結(jié)合間隙不超過(guò)5 mm。輸水管道安裝好后，應(yīng)做好管件和附屬設(shè)施的安裝工作。在出水豎管管口均勻涂抹一層灰膏，然后用混凝土澆筑。完成施工后可利用計(jì)算機(jī)模擬管網(wǎng)運(yùn)行情況，了解調(diào)壓井、管道、出水口設(shè)計(jì)情況，編制合理的出水口防水方案，確保各項(xiàng)壓力符合要求，依據(jù)模擬結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)不足，提升設(shè)計(jì)的合理性。

5 管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用效果

管道輸水灌溉工程實(shí)施前，主要是土渠輸水，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，糧食產(chǎn)量不穩(wěn)定。管道輸水灌溉工程較土渠輸水每年可節(jié)約大量灌溉用水，灌溉周期可縮短3～5 d，在滿(mǎn)足農(nóng)作物灌溉需求的同時(shí)，提升了灌水效率[4]。

5.1 提升灌溉保證率，緩解水資源供需矛盾

管道輸水灌溉工程的推廣應(yīng)用，在水資源有限的情況下，可最大限度地滿(mǎn)足農(nóng)作物的灌溉需求，實(shí)現(xiàn)適時(shí)灌溉。同時(shí)，管道輸水灌溉工程可改善水資源供需矛盾，尤其是工農(nóng)業(yè)爭(zhēng)水矛盾。

5.2 按方收費(fèi)，科學(xué)合理控制用水量

目前全國(guó)部分地區(qū)已推廣實(shí)施管道輸水灌溉工程，借助自動(dòng)化控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)建立了相應(yīng)的機(jī)井射頻卡管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)灌溉自動(dòng)化控制[5-7]。機(jī)井射頻卡管理系統(tǒng)依據(jù)用戶(hù)射頻卡信息進(jìn)行管理，按方計(jì)量和收費(fèi)，通過(guò)預(yù)收水費(fèi)有效控制用水量，提升了灌溉水利用率，避免了不必要的水資源浪費(fèi)，顯著降低了農(nóng)民負(fù)擔(dān)，為后續(xù)的工程養(yǎng)護(hù)提供了資金支持，引導(dǎo)農(nóng)民樹(shù)立了用水繳費(fèi)及節(jié)約用水的意識(shí)，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展具有積極作用。同時(shí)，提高了群眾保護(hù)水利工程設(shè)施的主動(dòng)性和自覺(jué)性，為水利工程建設(shè)和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件[8-9]。

5.3 節(jié)約土地資源，降低農(nóng)耕難度

管道輸水灌溉工程將干支管全部埋設(shè)在地下，不需要占用地表土地資源，相較于明渠輸水工程而言每米渠道可節(jié)約2.5 m2土地資源。在農(nóng)業(yè)耕作過(guò)程中，可避免農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備跨越溝渠的問(wèn)題，操作便捷，在降低設(shè)備損毀率的同時(shí)，大幅度提升了農(nóng)業(yè)耕作效益。

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于提升國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平具有重要意義。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要消耗大量的水資源，加劇了水資源供需矛盾。只有加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)的研究，采取有效措施提升水資源利用率，減少農(nóng)業(yè)灌溉中的水資源浪費(fèi)，才能提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展水平。管道輸水灌溉技術(shù)在渠灌區(qū)的有效應(yīng)用，緩解了農(nóng)業(yè)用水矛盾，提升了農(nóng)業(yè)灌溉效率和質(zhì)量，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。