農(nóng)村小型水庫灌區(qū)中低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)應(yīng)用探討

徐文菊

（山東省莒南縣大店水利服務(wù)中心，山東 莒南 276600）

山東省莒南縣有小型水庫184座，在十字路街道就有小型水庫18座，其中有小一型水庫4座，本文就以1座小一型水庫赤石溝水庫灌區(qū)節(jié)水改造為列，討論低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)在灌區(qū)改造中的應(yīng)用效果。小型水庫灌區(qū)一般灌溉面積不大，基本在3 000~5 000畝左右（1畝約等于0.0667 hm2，下同），受益村居一般3~5個，水庫大多修建于20世紀(jì)60—70年代，灌區(qū)大多也是在20世紀(jì)配套建設(shè)的，一般以土渠、石渠為輸水方式的自流式粗放灌溉為主，隨著年代的久遠(yuǎn)灌區(qū)大多年久失修，毀壞嚴(yán)重，灌溉中跑水、漏水嚴(yán)重，灌區(qū)已經(jīng)不能發(fā)揮效益，制約當(dāng)?shù)氐募Z食生產(chǎn)，當(dāng)?shù)卦跔幦∩霞壻Y金扶持和群眾自籌資金配套對老舊灌區(qū)進(jìn)行改造，本著節(jié)能高效、節(jié)約用水的目的，對幾種節(jié)水灌溉技術(shù)進(jìn)行選取，最后本著實用、高效、節(jié)約的要求，選取了低壓管道灌溉節(jié)水方向進(jìn)行灌區(qū)改造，因為灌區(qū)以種植小麥、玉米和花生等糧食經(jīng)濟(jì)作物為主，滴灌、噴灌等節(jié)水技術(shù)不適用灌區(qū)的作物種植等，而且滴灌、噴灌等畝投資要比低壓管道灌溉技術(shù)高，本著經(jīng)濟(jì)實用的目的選取了低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)。

1 低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)應(yīng)用特點

低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)，通過埋設(shè)在地面下的管道代替地面上的明渠，通過對管道施加比較低壓力（0.2~0.3 MPa），就可以對田間作物進(jìn)行灌溉。和傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)比較，低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)主要有以下優(yōu)勢。

一是與傳統(tǒng)明渠灌溉相比具有良好的節(jié)水節(jié)能效果。低壓管道輸水灌溉主要以各種管道作為輸水載體，水流不會出現(xiàn)滲漏、蒸發(fā)等損失，因此利用管道進(jìn)行輸水時節(jié)水效果明顯。通過對比分析相比于傳統(tǒng)的土渠、明渠灌溉，采用低壓管道進(jìn)行輸水可以減少水量損失20%以上，有效地提高了灌溉水的利用率。與采用防滲等混凝土材料建造的明渠相比，低壓管道輸水灌溉也能提高10%~12%的節(jié)水效果，因此低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)也有著良好的節(jié)水效果，節(jié)水就意味著可以擴(kuò)大灌溉面積、提高灌溉效率且降低能耗。

二是可以節(jié)約土地和節(jié)省人工。采用明渠土渠輸水時，需要在大田中修建專門渠道，不可避免地要占用土地，采用管道輸水時把管道埋在地下不影響上面土地的耕種，土地利用率得到提高。低壓管道輸水灌溉采用給水栓灌溉，用專門的接口接到出水口上用軟管進(jìn)行田地灌溉，專業(yè)隊操作，使用的人力專業(yè)高效，使用人員比傳統(tǒng)灌溉要節(jié)省2/3以上，灌溉效率非常高，還能節(jié)省巡查渠道和清淤渠道等的維修用工，取得的經(jīng)濟(jì)效益非常好。

三是工程投資比較小、經(jīng)濟(jì)效益比較高。針對小型水庫灌區(qū)節(jié)水改造中采用低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)對于材料設(shè)備等的技術(shù)要求并不高，一般就是各種管道如混凝土管、PE塑料管等，需要的工程建設(shè)畝投資比較少（和噴灌、滴灌等節(jié)水技術(shù)比較），每畝地搭建輸水管道需要的資金量在300~600元不等。并且相較于傳統(tǒng)灌溉，采用低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)能很好地實現(xiàn)對用水量的有效控制，可以有效避免出現(xiàn)“灌溉過量”浪費水資源的問題，還能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，提高農(nóng)田的種植收益，提高農(nóng)民的收入，一舉數(shù)得。

四是低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)有著非常好的地形適應(yīng)性。低壓管道節(jié)水灌溉進(jìn)行管道鋪設(shè)時，管道鋪設(shè)一般不受地形的限制，管道可以自由放置，既可以順坡、逆坡放置，也可以淺埋或者深埋。在管道安裝時設(shè)置非常簡單，施工比較容易上手，施工人員當(dāng)?shù)厝罕娋涂蓳?dān)任，有技術(shù)人員指導(dǎo)即可，因此這種施工方式和技術(shù)方法簡單，有助于該技術(shù)推廣；另外一方面，利用低壓管道輸水灌溉的布置，通過出水口、給水栓，再通過連接移動軟管配置，對末級地塊進(jìn)行灌溉，對地形適應(yīng)性強，無論地形高低大都可灌溉，非常適合現(xiàn)在農(nóng)田布局的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，為農(nóng)民作物種植、灌溉帶來更多便利。

2 低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)配置

低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)一般由以下幾部分構(gòu)成。

一是水源部分，本系統(tǒng)水源為赤石溝小一型水庫，提供整個灌溉系統(tǒng)的灌溉用水，水質(zhì)和水位都滿足低壓管道輸水灌溉要求，水庫最低水位滿足低壓管道灌溉壓力要求，水庫灌區(qū)位于水庫下游，為自流灌區(qū)，水位和灌區(qū)地面高差比較大，能滿足低壓灌溉壓力。水質(zhì)合格符合農(nóng)業(yè)灌溉用水要求，水庫輸水無淤積、泥沙及雜物等影響管道灌溉的物質(zhì)。

二是低壓管道灌溉首部樞紐。水庫水源首部樞紐直接從水庫水源處取水，把取水管道直接通過水庫放水洞接入取水樞紐進(jìn)行取水，通過埋設(shè)管道進(jìn)行防污、攔污等一系列處理，使取水管水壓、水量、水質(zhì)等各方面都能滿足管道低壓灌溉需求。首部樞紐水源在建設(shè)時，選擇與水源工程距離近的地方，本工程直接在放水洞用閘門控制放水，放水洞出口處設(shè)置閘閥控制灌溉流量，考慮到不同地塊的水量要求，在滿足農(nóng)田灌溉水量需求的情況下，選擇在最近的水源處進(jìn)行首部樞紐設(shè)置，是節(jié)省工程建設(shè)成本的最優(yōu)方法。

三是低壓管道節(jié)水灌溉技術(shù)輸配水網(wǎng)管的布置原則，灌區(qū)輸配水網(wǎng)管在組成方面，由于存在不同的輸水需求，管網(wǎng)組成比較復(fù)雜，除了主管道、支管道等基本管網(wǎng)配置，還要附帶有很多附屬分水裝置如閘閥、四通、三通、彎脖等配套器材。如果灌溉灌區(qū)面積比較大，在設(shè)置輸配水網(wǎng)管時，需要做好分級分區(qū)設(shè)置，這樣能達(dá)到均勻灌水，輪灌效果好，像小型灌區(qū)灌溉面積小，則直接進(jìn)行2級管網(wǎng)配置設(shè)置，主管加支管，在支管設(shè)置給水栓通過連接灌水軟管進(jìn)行灌溉，對于不同的灌區(qū)，要因地制宜進(jìn)行不同的管網(wǎng)布置，不可千篇一律，針對當(dāng)?shù)氐墓鄥^(qū)地形地勢灌水條件布置管網(wǎng)規(guī)劃灌溉方式。在本灌區(qū)改造中，灌溉輸水管網(wǎng)設(shè)置采用主管道、支管道地埋方式主管道和支管道通過管道閘閥井控制給水，在支管道上設(shè)置給水栓，通過給水栓連接給水軟管進(jìn)行灌溉澆地。

四是低壓管道輸水灌溉的田間灌水系統(tǒng)選取特點。低壓管道輸水灌溉用于田間灌水的方式有許多種，各自有著優(yōu)缺點，具體應(yīng)用以下3種方式居多。第一種是用田間灌水管網(wǎng)配水的形式。利用地面軟管管道直接進(jìn)行灌溉，這種灌溉方式形式灌溉輸水水量損失最小，在實際使用方面灌溉管理也很方便，不會影響田間耕作和種植管理。第二種是利用明渠進(jìn)行田間輸水溝輸水和配水方式，在這種方式下，需要在田間采取畦灌、溝灌方式，這種方式會造成比較多的灌溉水量損失，還會影響耕種，這種灌溉方式勞動強度大，使用的人力比較多，是一種效率低費工費財?shù)墓喔确绞?，在灌溉運用中一般不采用這種方式。第三種是在向田間輸水的溝渠應(yīng)采用地面移動管道配水輸水，灌溉田間土地作物仍然采用普通的常規(guī)溝灌畦灌方式，這種灌溉方法的優(yōu)勢在上述2種灌溉方法之間，由于不需要采用軟管進(jìn)行輸水，這種方式節(jié)約了給水栓到灌溉軟管的投資，在一定程度上節(jié)省工程的投資成本，但是要增加一定的人工成本。

3 低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水改造中的應(yīng)用

一是進(jìn)行灌區(qū)水源工程規(guī)劃布置，本例以赤石溝水庫為灌溉水源，通過需要改造的灌溉面積3 500畝，通過灌溉定額的計算，同時結(jié)合用水水量、對水質(zhì)要求和壓力水位要求。水庫水源技術(shù)可行、達(dá)到灌溉工程投資少、在施工方便方面都可以水庫作為水源工程規(guī)劃地，而且低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)需要的壓力，水庫現(xiàn)有水位能達(dá)到要求，可以進(jìn)行自流提供壓力進(jìn)行灌溉，不需要額外提供水泵動力等配套設(shè)施，這樣大大節(jié)約了動力配套的設(shè)備費用和運行資金。只需要對灌溉水進(jìn)行攔污處理，水庫水源工程的首部樞紐除了需要做好基本的取水建筑物、控制用的水閘布置外，還要布置專門的凈化、攔污裝置不讓雜質(zhì)、水草和雜草等進(jìn)入灌溉管道，這樣可以有效提高低壓管道輸水節(jié)水灌溉質(zhì)量。

二是對低壓管道節(jié)水灌溉輸配水管網(wǎng)規(guī)劃布置。首先根據(jù)地形和控制面積進(jìn)行主管道的布設(shè)，主管道布設(shè)以控制面積、節(jié)省管道、施工方便和支管連接省事節(jié)約為目的，主管道一般布置在灌區(qū)的控制高點位置，支管從主管道以魚刺狀向兩邊布置，在支管上布置給水栓，在田間實際進(jìn)行管網(wǎng)布置時，需要結(jié)合實際田地現(xiàn)實寬度和長度及需要灌溉的面積。然后確定給水栓間距和數(shù)量。本著經(jīng)濟(jì)節(jié)約高效實用的原則，做好給水栓與供水管網(wǎng)的連接，最后布設(shè)完成一個系統(tǒng)完整的供水灌溉管網(wǎng)的形式。在確定水栓位置后，管網(wǎng)的長度和管徑的大小直接關(guān)系到灌溉工程實際投資。在具體規(guī)劃布置上，根據(jù)不同的地塊形式和水源的位置可以布置為不同的形式，例如若水源在農(nóng)田一側(cè)，并且面積較大，整個地塊近似方形，可以將管網(wǎng)布置成“圭”字形，若水源在農(nóng)田一側(cè)，并且面積較大，整個地塊近似成長條形，可以將管網(wǎng)布置成“一”字形，若水源在農(nóng)田中心，并且面積較大，田塊的長寬比小于2，可以將管網(wǎng)布置成“H”字形。本例布置為“一”字形，水源在地塊的上游，灌區(qū)地形程長條形。

三是做好不同布置類型的灌溉管網(wǎng)水力計算設(shè)計。灌溉輸水配水管網(wǎng)在布局設(shè)計主要有2種布置形式。一種是樹枝狀管網(wǎng)布置。這種管網(wǎng)布置一般由干管、支管和斗管等不同等級的管道組成，灌溉配水方式，灌溉配水一般是根據(jù)等級自上級主管道到下級支管道再斗管等進(jìn)行管道配水，管線的布置與樹枝相類似，因此被稱為樹枝狀類型管網(wǎng)。這種布置管網(wǎng)的特點，第一管線長度較短節(jié)省管道；第二構(gòu)造簡單，水力計算方便，在實施建設(shè)花費的工程成本比較低。目前在大多數(shù)灌區(qū)建設(shè)中，一般都采用這種管網(wǎng)布置形式。但是這種布置形式也有一些缺點，例如在不同的管道之中，水流量和供水壓力具有一定差異，壓力不均勻，而且在不同的供水管道之間，各自供水沒有辦法進(jìn)行供水水量的調(diào)節(jié)，對灌溉效率的提高不利。樹枝狀管網(wǎng)布置適合用于灌區(qū)控制面積較大，地塊方正大致成正方形的地形，可以將灌溉管網(wǎng)設(shè)計成樹枝類型。第二種是環(huán)狀管網(wǎng)布置形式，環(huán)裝管網(wǎng)布置一般由干管、支管或干管、支管和斗管等各種管道組成，不同的管道間相互連接，形成一個閉環(huán)狀管網(wǎng)形式。這種灌溉管網(wǎng)在供水方面因為管道相互連通，在不同的管道之間的壓力也比較均勻，由此灌溉供水方面更加穩(wěn)定和安全，灌溉管道內(nèi)的水流流態(tài)條件也比較穩(wěn)定，對于不同的管道之間也可以進(jìn)行灌溉水量的調(diào)配，對于隨機(jī)供水灌溉更加適合要求。各種管網(wǎng)的選擇要根據(jù)實際情況結(jié)合實際進(jìn)行選擇。本例根據(jù)實際灌溉要求、地形和地貌條件選取了樹枝狀管網(wǎng)布置方式，以能夠達(dá)到最優(yōu)化灌溉為目的。

4 結(jié)束語

通過對以上低壓管道輸水灌溉的特點分析可知，在小型水庫灌區(qū)節(jié)水改造中根據(jù)實際情況選擇一種節(jié)水模式是非常重要的，節(jié)水方式的選擇關(guān)系到工程建設(shè)效益和投資利益，因此要切合實際。經(jīng)過科學(xué)對比，本項目選擇低壓管道輸水灌溉節(jié)水技術(shù)，在投資、收益和效果等方面都達(dá)到最好的發(fā)揮。在進(jìn)行低壓輸水管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)用過程中，要密切和實際情況結(jié)合，采取科學(xué)合理高效的措施，達(dá)到設(shè)計合理，運用高效，節(jié)水節(jié)能的目的，只有把低壓輸水管道輸水灌溉技術(shù)發(fā)揮好了，才能把這項技術(shù)更好地推廣和應(yīng)用，更好地推動小水庫灌區(qū)節(jié)水改造的進(jìn)行，更好地節(jié)約水源提高農(nóng)民糧食產(chǎn)量，增加農(nóng)民的收入。

節(jié)水灌溉是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，農(nóng)業(yè)的發(fā)展今后將向智慧農(nóng)業(yè)，高效農(nóng)業(yè)方向進(jìn)展，高效節(jié)水技術(shù)將是助力農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要動力，農(nóng)業(yè)的繁榮發(fā)展離不開節(jié)水灌溉，大力發(fā)展農(nóng)田高效節(jié)水灌溉技術(shù)顯得更加重要。各種節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用要客觀分析，并結(jié)合不同地區(qū)因地制宜采取不同的節(jié)水灌溉技術(shù)方式，實施節(jié)水灌溉技術(shù)及相關(guān)規(guī)范、規(guī)定，這樣就能解決農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用瓶頸，大力發(fā)展各種節(jié)水灌溉技術(shù)達(dá)到節(jié)約水資源。