低壓管道灌溉工程可行性分析初步研究

王潔 陳誠 蔡守華*

(揚州大學水利與能源動力工程學院，江蘇揚州 225127)

我國自改革開放之后，將計劃生育政策定為基本國策，但人口數量仍呈增長趨勢，而農村人口于20世紀90年代開始逐步減少。城市化進程加快，導致耕地面積削減，加之水污染現象日益嚴重，導致我國糧食供需矛盾的加劇。而我國的灌溉水利用系數卻沒有明顯的提高，目前只有0．45左右［1］。在當前農業供水總量一定而農業用水需求日益增大的形勢下，提高灌溉水利用系數成為必然也是明智的選擇。更加廣泛地采取節水灌溉措施成為當今農業水利工程發展的一個不可阻擋的趨勢。工程可行性分析主要分為社會可行性、技術可行性、組織可行性、經濟可行性等幾個方面。低壓管道輸水灌溉技術作為一種重要的節水技術，在經濟可行性研究方面目前已較為充分。有關計算表明對于南方小型機電灌區的改造低壓管灌技術是經濟可行的，優于U形渠道襯砌改造［2］。以下將重點從社會可行性、技術可行性和組織可行性這三個方面對低壓管道灌溉工程的可行性進行初步分析。

1 低壓管道灌溉工程的社會可行性分析

主要從我國改革開放之后的總人口(農村人口)、城市化進程、耕地面積及水污染狀況等幾個方面進行闡述。

1．1 人口普查數據分析

根據我國第三至第六次人口普查統計資料，我國1982年～2010年人口總量及農村人口比例列表數據見表1。

表1 改革開放之后普查農村人口及其占總人口比重

由表1可以看出1982年～2010年，我國人口總量增加了大約32．8%，農村人口卻減少了大約16．9%，農村人口數量及比例下降趨勢自2000年之后尤為明顯。根據目前對我國農村人口變化趨勢的預測，我國農村人口總數將繼續呈下降趨勢［3］，人口老齡化問題也會越來越嚴重，這些都將導致農村勞動力的下降，而人口總數預計在2030年之前將繼續呈正增長趨勢［4］，糧食供需矛盾將會加劇。

1．2 城市化進程分析

我國城市化率從1978年的17．9%增至2012年的52．6%，設市城市數量從1978年的193個增至2012年的658個(統計數據來源于歷年中國城市建設統計年鑒)，2000年之后我國城市化在快速發展。1978年～2012年，城市化率增長了194%，設市城市數目增長了241%。

1．3 耕地面積數據分析

我國基本建設用地增量中耕地占50%～65%左右，所以城市化進程勢必導致耕地面積的減少。1980年前我國耕地面積基本上是不斷增加的。80年代初全國實有耕地面積公認的數據19．875 億畝 ～20．955 億畝［5］，有關計算研究表明，至2010 年減至18．26億畝與實際情況相符，預計2020年將減至17．69億畝［6］。

1．4 灌溉水源污染分析

據國家環保總局統計顯示，自1985年～2006年我國廢水年排放總量一直維持在350億t～400億t左右［7］，2010年全國廢水排放總量為617．3億 t［8］，增長了54．3%。據統計，我國的河流、河段有1/4以上因污染而不能滿足最基本的灌溉用水(我國Ⅴ類水質標準)要求［9］。80年代初期及后期，我國水井水質超過飲用水質標準的分別為1/5和1/3，而到2000年，已有3/5的城市地下水受到污染［10］。地面水及地下水灌溉均嚴重受水污染影響，加劇了井灌、渠灌供水污染。

1．5 當前形勢下農業水利工程發展的必然趨勢

農業用水供需矛盾加劇的形勢，對我國農業水利工程的技術措施提出了更高的要求。提高灌溉水利用效率成為必然的選擇。發展節水灌溉技術，提高灌溉水利用系數，減少傳統地面灌溉造成的灌溉水浪費現象，是我國當前農業水利工程發展的一個趨勢。

低壓管道灌溉技術作為節水灌溉技術的一種，可以大大提高灌溉水利用系數。如能大面積推廣，將產生巨大的社會效益。

2 低壓管道灌溉工程的技術可行性分析

農業灌溉工程主要分為地面灌溉和壓力管道灌溉，對應于以明渠自流灌溉為主的地面灌溉，國際上通常把噴灌、微灌和低壓管道輸水灌溉總稱為壓力管道灌溉。地面灌溉由于其蒸發及滲漏損失量較大，往往灌溉水利用系數較低，大面積的地面灌溉是造成農業灌溉水資源浪費的主要原因之一。而壓力管道灌溉在通過管道輸水，最大程度地減少了輸水過程中的蒸發及滲漏損失，從而大大提高灌溉水利用系數。表2列出了我國及世界其他國家地面灌溉占灌溉總面積的一些數據。

表2 地面灌溉面積占灌溉總面積表(2000年統計數據)［11-13］

從表2數據可以看出，我國管道灌溉面積比例遠遠低于發達國家水平，管道灌溉的分布也十分不均勻。要較大幅度提升我國的灌溉水利用系數，合理地逐步發展壓力管道灌溉已成為不可阻擋的趨勢。低壓管道灌溉作為壓力管道灌溉的一種，有其獨特的優勢:1)基本消除滲漏及蒸發損失，水利用系數在0．95以上。采用防滲材料，輸水管一般為PCCP管(混凝土預制管)，配水管一般為PVC管(聚氯乙烯材料)。滲漏損失減少量均高于粘土夯實的45%，混凝土襯砌的70%～75%，塑料薄膜襯砌的80%，U形襯砌的80%～90%。2)輸水管道埋入地下代替輸水渠道占地，土地利用率可提高2%～3%。從我國耕地面積日益減少的國情來看，這一點尤為重要。3)供水受地形影響、施工受氣候影響相對較小。利用管道壓力，可以一定程度地適應高低不同的地形變化，從而使原來土渠難以達到的耕地實現灌溉，從而擴大了灌溉面積。4)水質污染很小。傳統渠道灌溉，為了減少水流對兩岸的沖刷，往往采用混凝土護坡，將流水與泥土隔開，破壞了原有的生態系統，灌溉水源的水質受到影響，所以當前的河流健康評價指標往往將棲息地質量列為其中之一［14］。如若首要考慮渠道的生境指標，勢必降低兩岸的沖刷穩定性。而低壓管道灌溉很好地避免了這個問題，保證了灌溉水源的水質，符合水生態建設的理念。5)灌溉效果更好，可增產增收。管道輸水速率更快、供水及時，縮短輪灌周期，有利于適時適量灌溉，可以更好地滿足作物需水關鍵期的需水要求，從而達到增產增收的效果。6)使用壽命更長:40年～50年。相比于同類的工程節水灌溉措施U形襯砌護坡，使用年限要長將近一倍。更契合當前可持續發展的要求。以上從六個方面分析了低壓管道灌溉的技術優勢，但低壓管道灌溉工程僅在我國北方灌區，特別是井灌區的應用較為廣泛。以下將從組織可行性層面分析其在推廣過程中發現的弊端。

3 低壓管道灌溉工程的組織可行性分析

發展低壓管道灌溉的社會效益明顯，且具有一定的技術優勢，但是要大力推廣，需從規劃、設計、施工、管理等各方面進行統籌考慮。在組織可行性方面，在我國發展低壓管道灌溉工程具有以下弊端:1)標準低。從工程建設流程中的方方面面，包括立項、設計、施工、驗收都缺乏嚴格規范的標準。在實際設計中對于一些關鍵技術，如高壓管道、管網、水錘、自動控制設備等亦缺乏相關規范［15］。2)設計水平較低。低壓管道灌溉在具體設計時會涉及到電力、市政、通訊、自動化、計算機、農業等相關行業的規范及知識。同時，管網系統的設計至關重要，但難度較大，設計水平有待提高。目前尚缺乏高素質的設計人員。3)采用了新材料、新技術，對施工技術提出了更高的要求。但由于目前設計標準的不完善，施工質量難以保證。4)缺少大口徑管材、系列配套管件及附屬設備。國內工程公司對管道等級表的重要性認識不足，導致管道在工程設計、物資采購、安裝施工、生產運行方面沒有形成成套的體系［16］。管材、管件未能形成系列化、規格化、標準化和產業化生產。5)管理水平相對落后。新材料和新技術的使用對管理人員的素質提出了更高的要求。而農民作為節水灌溉的主體，難以在短期內達到節水灌溉對管理的新要求。目前有關低壓管道灌溉工程管理的理論研究還很不充分［17］。高效的農業灌溉技術，需要高素質的農民去進行實際操作，所以管理是推廣低壓管道灌溉技術中一個必須要解決的問題。

4 低壓管道灌溉的發展前景

我國目前的農業灌溉用水占總用水的70%以上，要解決當前糧食供求矛盾的問題，提高農業灌溉用水效率是其中的一個重要課題，也是在我國目前發展形勢下所必須面臨的一個難題。在這種形勢下，節水灌溉技術的發展已成為不可逆轉的潮流。低壓管道灌溉技術作為一項重要的節水灌溉技術，在推廣過程中將面臨諸多上述組織可行性分析中的阻礙，如能通過合理的政策和機制妥善解決好相關問題，相信低壓管道灌溉技術憑借其在社會可行性和技術可行性方面的巨大優勢，定能在不久的將來為我國農業節水灌溉的發展做出更大的貢獻。

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