李 雷

(沈陽天易通工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110016)

水田管道輸水灌溉與明渠輸水灌溉技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析

李 雷

(沈陽天易通工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110016)

水田灌溉輸水現(xiàn)階段主要有明渠輸水和管道輸水2種形式,明渠輸水多采用混凝土襯砌,施工方便,造價相對較低,但水量滲漏、蒸發(fā)損失較多,水量計(jì)量管理不精確,渠道占用部分耕地,農(nóng)機(jī)作業(yè)不能跨越襯砌渠道;管道輸水多采用混凝土管或P V C管等,施工機(jī)械化程度高,速度快,造價相對較高,但水量滲漏、蒸發(fā)損失較少,水量計(jì)量管理易于控制,占用耕地少,農(nóng)機(jī)作業(yè)可跨越輸水管道。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推廣使用,節(jié)水農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,水田管道輸水的應(yīng)用越來越多,本文結(jié)合工程實(shí)際對管道輸水和渠道襯砌輸水進(jìn)行了對比分析,為工程設(shè)計(jì)、管理單位進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造提供借鑒和參考。

管道輸水;明渠;灌溉

水田灌溉水的輸送方式有明渠和管道2種。在20世紀(jì)70年代以前，我國農(nóng)田灌溉輸水形式主要采用土渠輸水，土渠輸水渠道糙率大，輸水效率低，滲漏、蒸發(fā)損失嚴(yán)重，水量損失約50%。20世紀(jì)80年代以后，我國農(nóng)田灌溉骨干渠道采用混凝土襯砌，提高了輸水效率，減少了滲漏損失，但支渠以下多數(shù)仍然為土渠輸水，水量損失依然較大。進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國加大了灌區(qū)改造投入，支渠以下也采用混凝土襯砌進(jìn)行輸水，但是隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的普及，農(nóng)田中的輸水渠道嚴(yán)重影響農(nóng)機(jī)的作業(yè)效率，因而很多地區(qū)采用地埋管道進(jìn)行輸水，以便于農(nóng)田機(jī)械化作業(yè)，同時也減少了蒸發(fā)損失，所以，管道輸水是未來農(nóng)田節(jié)水灌溉的一種主要輸水形式。

1 管道輸水灌溉技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

管道輸水灌溉系統(tǒng)與混凝土明渠輸水灌溉系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

(1)節(jié)水。管道輸水比混凝土襯砌明渠輸水可有效減少蒸發(fā)損失約5%的水量，同時管道輸水比混凝土襯砌明渠輸水糙率小，輸水效率高。

(2)減少占地。管道輸水灌溉系統(tǒng)中管道全部或部分埋入土中，占用耕地少，與相同輸水能力的明渠灌溉系統(tǒng)相比，占用耕地減少約22%。

(3)減少凍脹變形。管道輸水灌溉系統(tǒng)中管道全部或部分埋入土中，能有效提高管底地溫，同時管道斷面為圓形，可有效釋放土體凍脹應(yīng)力，減少管道凍脹變形。

(4)便于機(jī)械化作業(yè)。管道輸水灌溉系統(tǒng)中管道埋于土中，農(nóng)機(jī)跨越管道作業(yè)不會造成管道損壞;管道灌溉設(shè)備比較簡單，用水量便于控制和計(jì)量，為農(nóng)業(yè)機(jī)械化、水量控制自動化的發(fā)展提供了基礎(chǔ)條件。

2 盤山縣管道輸水技術(shù)應(yīng)用情況

盤錦市2014年為開展新型節(jié)水技術(shù)示范，在盤山縣實(shí)施了13.33hm2渠灌區(qū)管道輸水灌溉試點(diǎn)。在水田農(nóng)渠節(jié)水工程中采用φ 400混凝土承插管取代原混凝土梯形襯砌渠道，共計(jì)實(shí)施2.5km，每條農(nóng)渠間距20～30m設(shè)一分水器兼沉砂池。管道輸水結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 盤山縣管道輸水技術(shù)與梯形渠道襯砌技術(shù)對比分析

(1)2種輸水結(jié)構(gòu)造價對比。根據(jù)水利工程預(yù)算定額，按1km工程量分別計(jì)算2種輸水結(jié)構(gòu)造價，采用承插管為13.87萬元/km，梯形渠道混凝土襯砌為12.58萬元/km。采用承插管比梯形渠道混凝土襯砌多1.29萬元/km。

圖1 管道輸水

(2)2種輸水結(jié)構(gòu)施工方式與速度對比。管道鋪設(shè)可采用機(jī)械化作業(yè)，主要設(shè)備為混凝土管運(yùn)輸車，反鏟(吊車)，并配合4個力工即可，每個班組每天施工進(jìn)度約200m;渠道混凝土襯砌必須采用人工作業(yè)，所需設(shè)備為混凝土攪拌機(jī)、混凝土運(yùn)輸車，需要2個混凝土高級技工和4個力工，每個班組每天施工進(jìn)度約100m。因此，管道鋪設(shè)施工速度是渠道襯砌速度的2倍，且機(jī)械化程度高，不需要技工，節(jié)約人力。

(3)2種輸水結(jié)構(gòu)占地面積對比。按照渠道襯砌頂寬1m、底寬0.3m、深0.5m結(jié)構(gòu)，與管道直徑0.4m進(jìn)行占地對比分析:渠道襯砌占地約1800m2/km;管道輸水占地約1400m2/km;管道輸水節(jié)約土地面積率22%/km。由于管道上方覆蓋土層，也可種植矮顆作物，如大豆，還可增加土地利用率，同時也能防治病蟲害。

(4)2種輸水結(jié)構(gòu)淤積對比。2種輸水方式結(jié)構(gòu)面均為混凝土結(jié)構(gòu)，渠道的糙率一致，經(jīng)計(jì)算不淤流速基本一致，均為0.4～0.6m/s，實(shí)際輸水速度均大于不淤流速，因此2種結(jié)構(gòu)均不會產(chǎn)生淤積。若特殊情況產(chǎn)生淤積，渠道襯砌可采用人工清理;管道輸水每隔20m設(shè)一分水器兼沉砂池，人工清理沉砂池。太平鎮(zhèn)仙水村管道輸水運(yùn)行一年后，實(shí)測沉淀池厚度約15c m。

(5)2種輸水結(jié)構(gòu)防凍脹對比。根據(jù)遼寧省水科院2011年盤山縣實(shí)測資料，渠道襯砌凍脹變形量為4～6c m，管道輸水凍脹變形量應(yīng)與渠道襯砌一致，但是管道輸水為圓形結(jié)構(gòu)，可有效釋放凍脹產(chǎn)生的應(yīng)力，另外，管道接頭為承插形式，可適應(yīng)微小凍脹變形，春天開化后還可回復(fù)原位，不會造成管道接頭滲漏，因此，管道輸水防凍脹能力比梯形渠道更優(yōu)越。

(6)2種輸水結(jié)構(gòu)運(yùn)行管護(hù)對比。渠道襯砌農(nóng)用機(jī)械不可以跨域，不便于機(jī)械化農(nóng)田作業(yè);管道輸水農(nóng)用機(jī)械可以任意跨域，便于機(jī)械化作業(yè)，提高農(nóng)田作業(yè)效率。另外，管道埋于地下，使用壽命更長，可達(dá)50年。

4 灌區(qū)管道輸水防淤堵技術(shù)措施

水田管道輸水相比混凝土襯砌渠道輸水有很多優(yōu)點(diǎn)，并且在施工及運(yùn)行管理方面已經(jīng)取得非常成熟的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但是管道輸水的淤積、堵塞問題依然存在。因此，在進(jìn)行管道輸水工程設(shè)計(jì)時，必須考慮防止管道淤積堵塞的技術(shù)措施，以確保管道輸水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。在設(shè)計(jì)、管理過程中主要采取以下措施防淤堵:①根據(jù)輸水管道進(jìn)水口水源中泥沙特性及泥沙量的多少，計(jì)算確定管道臨界不淤流速，選用的管道設(shè)計(jì)流速應(yīng)大于計(jì)算的管道臨界不淤流速;②在管道進(jìn)水口設(shè)蓄水池，池底低于管道底高程，起到沉沙、攔沙作用，防止推移質(zhì)及泥沙進(jìn)入管道;③在管道進(jìn)水口設(shè)攔污柵、網(wǎng)，防止水中的作物秸稈、柴草等漂浮物進(jìn)入管道;④在管道適當(dāng)距離或分水口處設(shè)置泥沙處理建筑物，如設(shè)分水閘兼沉沙池，用于處理管道攜帶的泥沙。

5 結(jié)論

水田管道輸水與明渠輸水相比具有施工機(jī)械化程度高，速度快，水量滲漏、蒸發(fā)損失較少，水量計(jì)量管理易于控制，占用耕地少，便于農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推廣使用和節(jié)水農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，水田管道輸水的應(yīng)用越來越多，本文結(jié)合工程實(shí)際對管道輸水和混凝土襯砌渠道輸水進(jìn)行了對比分析，為工程設(shè)計(jì)、管理單位進(jìn)行灌區(qū)節(jié)水改造提高借鑒和參考。

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圖7 沙粒濃度與堵塞性能的關(guān)系

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遼寧省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目(2015212002)作者簡介:李 雷(1982年—)，男，工程師。