水田管道輸水灌溉與明渠輸水灌溉技術經濟對比分析

李 雷

(沈陽天易通工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽 110016)

水田管道輸水灌溉與明渠輸水灌溉技術經濟對比分析

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、蒸發損失較多,水量計量管理不精確,渠道占用部分耕地,農機作業不能跨越襯砌渠道;管道輸水多采用混凝土管或P V C管等,施工機械化程度高,速度快,造價相對較高,但水量滲漏、蒸發損失較少,水量計量管理易于控制,占用耕地少,農機作業可跨越輸水管道。隨著農業機械化的推廣使用,節水農業的快速發展,水田管道輸水的應用越來越多,本文結合工程實際對管道輸水和渠道襯砌輸水進行了對比分析,為工程設計、管理單位進行灌區節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70年代以前，我國農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、蒸發損失嚴重，水量損失約50%。20世紀80年代以后，我國農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，但支渠以下多數仍然為土渠輸水，水量損失依然較大。進入21世紀以后，我國加大了灌區改造投入，支渠以下也采用混凝土襯砌進行輸水，但是隨著農業機械化的普及，農田中的輸水渠道嚴重影響農機的作業效率，因而很多地區采用地埋管道進行輸水，以便于農田機械化作業，同時也減少了蒸發損失，所以，管道輸水是未來農田節水灌溉的一種主要輸水形式。

1 管道輸水灌溉技術的優點

管道輸水灌溉系統與混凝土明渠輸水灌溉系統相比具有以下優點。

(1)節水。管道輸水比混凝土襯砌明渠輸水可有效減少蒸發損失約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力，減少管道凍脹變形。

(4)便于機械化作業。管道輸水灌溉系統中管道埋于土中，農機跨越管道作業不會造成管道損壞;管道灌溉設備比較簡單，用水量便于控制和計量，為農業機械化、水量控制自動化的發展提供了基礎條件。

2 盤山縣管道輸水技術應用情況

盤錦市2014年為開展新型節水技術示范，在盤山縣實施了13.33hm2渠灌區管道輸水灌溉試點。在水田農渠節水工程中采用φ 400混凝土承插管取代原混凝土梯形襯砌渠道，共計實施2.5km，每條農渠間距20～30m設一分水器兼沉砂池。管道輸水結構如圖1所示。

3 盤山縣管道輸水技術與梯形渠道襯砌技術對比分析

(1)2種輸水結構造價對比。根據水利工程預算定額，按1km工程量分別計算2種輸水結構造價，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種輸水結構施工方式與速度對比。管道鋪設可采用機械化作業，主要設備為混凝土管運輸車，反鏟(吊車)，并配合4個力工即可，每個班組每天施工進度約200m;渠道混凝土襯砌必須采用人工作業，所需設備為混凝土攪拌機、混凝土運輸車，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度約100m。因此，管道鋪設施工速度是渠道襯砌速度的2倍，且機械化程度高，不需要技工，節約人力。

(3)2種輸水結構占地面積對比。按照渠道襯砌頂寬1m、底寬0.3m、深0.5m結構，與管道直徑0.4m進行占地對比分析: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種輸水結構淤積對比。2種輸水方式結構面均為混凝土結構，渠道的糙率一致，經計算不淤流速基本一致，均為0.4～0.6m/s，實際輸水速度均大于不淤流速，因此2種結構均不會產生淤積。若特殊情況產生淤積，渠道襯砌可采用人工清理;管道輸水每隔20m設一分水器兼沉砂池，人工清理沉砂池。太平鎮仙水村管道輸水運行一年后，實測沉淀池厚度約15c m。

(5)2種輸水結構防凍脹對比。根據遼寧省水科院2011年盤山縣實測資料，渠道襯砌凍脹變形量為4～6c m，管道輸水凍脹變形量應與渠道襯砌一致，但是管道輸水為圓形結構，可有效釋放凍脹產生的應力，另外，管道接頭為承插形式，可適應微小凍脹變形，春天開化后還可回復原位，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越。

(6)2種輸水結構運行管護對比。渠道襯砌農用機械不可以跨域，不便于機械化農田作業;管道輸水農用機械可以任意跨域，便于機械化作業，提高農田作業效率。另外，管道埋于地下，使用壽命更長，可達50年。

4 灌區管道輸水防淤堵技術措施

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

5 結論

水田管道輸水與明渠輸水相比具有施工機械化程度高，速度快，水量滲漏、蒸發損失較少，水量計量管理易于控制，占用耕地少，便于農業機械化作業等優點。隨著農業機械化的推廣使用和節水農業的快速發展，水田管道輸水的應用越來越多，本文結合工程實際對管道輸水和混凝土襯砌渠道輸水進行了對比分析，為工程設計、管理單位進行灌區節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系

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S275.3

B

1008-1305(2016)05-0123-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.042

2015-11-24

遼寧省農業科技攻關項目(2015212002)作者簡介:李 雷(1982年—)，男，工程師。