贛榆區低壓管道工程的發展研究

徐格非， 王明磊

(1.揚州大學 水利科學與工程學院， 江蘇 揚州 225000； 2.連云港市水利規劃設計院有限公司， 江蘇 連云港 222006；3.科爾沁右翼前旗河湖服務中心， 內蒙古 興安明 137400)

水資源直接制約農業生產活動的發展，在保障國家糧食安全中發揮著舉足輕重的作用。隨著我國節水宣傳工作的積極開展，越來越多的人民群眾意識到我國是一個缺乏水資源的國家。近年來，由于生活污水、化工污水的排放日益嚴重，目前可被直接利用的水資源總量更是在逐年減少，甚至已經威脅到農田灌水基本需求。在這樣嚴峻的形式下，發展節水型農業尤為重要。而提高灌溉水利用效率、推廣低壓管道灌溉，則是緩解當前農業水資源短缺壓力的重要舉措。

1 贛榆區基本概況

1.1 自然概況

連云港市贛榆區位于江蘇省東北部，屬沂蒙山系山澗坡麓及堆積平原的一部分，地貌西北高，東南低，地形由西北向東南傾斜。全區行政區域面積1 514.08 km2，耕地面積達6.85萬hm2。根據多年的氣象資料統計，贛榆區年平均氣溫15.2℃，年日照時數為2 518.2 h，年無霜期222 d。多年平均降水量836.1 mm，蒸發量1 064.4 mm。降水量時空分布不均勻，豐枯年實際變幅較大，降雨主要集中在7～9月份，占全年降水量的73.9%。春旱突出，秋冬季以旱為主，容易形成干旱和洪澇災害。贛榆區特殊的地理區位和水文氣象條件給當地農業灌溉造成了不小的壓力。

1.2 低壓管道工程

贛榆區特殊的地理區位決定了區內地形的多樣性，贛榆區西北部為低山丘陵地區，地形復雜且水資源短缺問題嚴重；而中部及東部則多為平原地區，地形平坦且水資源相對充裕。目前，由于贛榆區西北部地形復雜，許多地塊建設渠道難度較大，存在大面積的“望天田”；中部及東部地區大多沿用傳統的渠道灌溉方式。然而渠道灌溉的滲漏和蒸發損失較多，土渠的灌溉水利用系數僅為0.3～0.4，即使采用防滲技術后，也只能有限地緩解水資源滲漏的問題。因此，渠道灌溉模式與贛榆區西北部地形復雜、水資源匱乏的自然特征不適應，促使當地探索低壓管道灌溉模式。

贛榆區西北部采用管道輸水與渠道輸水相比，主要有以下兩個優勢：一方面能夠有效減少滲漏和蒸發損失，提高灌溉水利用系數；另一方面，管道鋪設能夠適應丘陵地區復雜的地形，覆蓋原先難以建設渠道的地塊。因此，低壓管道工程的推廣和應用，是解決贛榆區灌溉問題的重要手段。近年來，贛榆區積極響應國家實施鄉村振興的號召，更新農業灌溉方式，積極引進推廣低壓管道工程技術。在贛榆區西北部的鄉鎮，結合其丘陵山區的地勢特點，逐步建成特色林果園區。目前贛榆區已經建設完成2萬hm2低壓管道工程灌溉農田，主要集中在西北部的特色林果園區。

2 贛榆區低壓管道工程存在問題

2.1 放水口水壓不穩定

由于贛榆區厲莊、黑林、班莊等鄉鎮屬丘陵地區，地勢起伏較大。在已經實施運行的項目中，部分低壓管道灌溉系統出現位于支管首部的放水口出流過大，已經形成沖刷，而位于末端的放水口出流很小，甚至沒有出流的現象。以下幾個原因可能會導致該現象的發生：①系統管網布置不合理，單根管道鋪設距離過長，控制面積過大，管道水頭損失過大[1]；②在劃分輪灌組時，未能滿足管道《管道輸水灌溉工程技術規范》(GB/T 20203—2017)5.1.2.5條中Qmin≥0.75Qmax的要求，導致同時工作的放水口流量偏差較大；③設計低壓管道工程配套泵站時，未考慮變頻恒壓控制裝置[2]。導致用水多供水少時壓力減小，用水少供水多時壓力增大。

2.2 電費高于明渠灌溉

相較于傳統的明渠輸水，低壓管道輸水運行的電費較高，高額的電費導致用水戶抵觸情緒強烈。產生該現象的主要原因有：①部分設計人員計算管徑時，往往只根據管道經濟流速在1.0～1.5 m/s來確定管徑[3]。而通過該方法算得的管徑普遍偏小，雖然能滿足系統正常工作的需求，但是會增加水頭損失，從而導致水泵揚程增長、提水電費增加；②選擇的泵型不合理。部分設計人員選擇水泵后，并未進行水泵高效區復核計算，導致水泵不在高效區運行。有些用水戶錯誤的認為功率越大的水泵提水流量越大，越能保證灌溉用水。導致水泵能耗大，運行費用高；③從明渠輸水轉變為低壓管道輸水，即從無壓流轉變為有壓流。需要保證給水裝置工作水頭，通常為2 m。造成水泵揚程的提高，取水費用增加。

2.3 政府資金投入不足

根據贛榆區低壓管道工程建設經驗，建設投資約為133.33～166.67元/hm2(2 000～2 500元/畝，不包含配套泵站)，低壓管道工程的推廣和建設需要大批資金投入。多數用水戶經濟能力不足以負擔低壓管道工程的建設。目前只能依托國家農業綜合開發項目、小型農田水利重點縣項目、高標準農田建設項目等項目的補貼來建設。這些項目的補貼不能完全滿足建設資金需求，而剩余的自籌資金很難到位。

2.4 后期運行管護缺位

近年來，贛榆區多地相繼出現“重建設，輕管護”的現象[4]。在規劃初期，各鄉鎮積極爭取建設指標，而在運行后期，經常出現用水戶使用自家小型水泵取水而廢棄低壓管道工程的現象。主要原因有：①低壓管道輸水屬于有壓流，必須制定明確的工作制度，運行時嚴格按照輪灌組的要求進行灌溉。在用水高峰時期，由于管理不到位，用水戶不顧輪灌制度，一擁而上地開啟閘閥取水，導致取水混亂，放水口壓力不穩定。目前，這種現象在土地沒有完全流轉的地區尤為常見；②低壓管道工程建設資金多為國家補助資金，鄉鎮和用水戶的建設積極性很高。但是后期管網運行的管理和維修費用為受益方承擔，維修管護的費用很難籌措，因而導致系統癱瘓，不能發揮長期效益。

2.5 百姓傳統觀念沖突

目前，贛榆區務農人員年紀普遍偏大，獲取信息的渠道有限，傳統觀念根深蒂固。因此，對于低壓管道工程這一新型灌溉方式，百姓的接受度較低。主要原因有：①務農人員獲取信息的途徑單一，主要是廣播和電視，其中大部分人對“節水增效”不夠重視，水資源節約意識淡薄，未意識到低壓管道工程實施的重要性和必要性;②，低壓管道工程多設計為輪灌制度，各輪灌組依次運行，每組灌水時間短。而當地百姓習慣了續灌方式，灌水周期長，導致部分百姓僅以灌水時間評價灌水總量，錯誤的認為輪灌的灌水總量少，引發對低壓管道工程的不滿。

3 贛榆區低壓管道工程發展對策

3.1 優化系統設計

在設計低壓管道工程時，首先應選取適當的灌溉范圍，根據地形，合理劃分灌溉單元，灌溉面積在20 hm2左右為宜。在管網布置時，優先選用“豐字型”布局代替“E字型”布局，可以有效地限制單管鋪設長度。其次，編制合理的輪灌工作制度，將標高相近的管道劃分在同一輪灌組內，確保同組內壓力大致相同，以滿足規范中Qmin≥0.75Qmax的要求。最后，在配套泵站設計時，推廣應用水泵變頻恒壓技術，有利于維持管網壓力水平。

3.2 控制水頭損失

低壓管道工程運行產生的高額電費主要源自于水泵的揚程，水泵揚程H的計算公式如下：

H=Zg-Z0+h0+∑hf+∑hj+hg

(1)

式中：Zg為參考點給水裝置的地面高程，m；Z0為管道系統進口高程，m；h0為參考點給水裝置出口中心線與地面的高差，m； ∑hf為管道系統進口至參考點給水裝置的管路沿程水頭損失，m； ∑hj為管道系統進口至參考點給水裝置的管路局部水頭損失，m，可按沿程水頭損失的10%～15%計算；hg為給水裝置工作水頭，m。

根據式(1)，在管網布置不變的前提下，水泵揚程主要的影響因素是管路沿程水頭損失，管路沿程水頭損失的計算公式如下：

(2)

式中：f為管材摩阻系數，f=0.948×105；Q為管段設計流量，m3/h；D為管道內徑，mm；L為管道長度，m；m為流量指數，m=1.77；b為管徑指數，b=4.77。

根據式(2)，管徑相較于流量對沿程水頭損失的影響更大。因此，設計時在綜合考慮管道經濟流速的基礎上，可以通過適當擴大管徑的方式，減少管網水頭損失，降低水泵揚程。

3.3 開拓投資渠道

投資受限嚴重制約了贛榆區農田灌溉方式的優化升級，要打破當前低壓管道技術推廣建設的壁壘，必須豐富投資渠道。目前，農田水利工程投資的主體是國家財政，然而僅僅依靠國家財政推廣低壓管道技術是遠遠不夠的。發展低壓管道技術的最終受益者是地方政府和農戶，地方政府要立足長遠利益，加大對低壓管道工程的投資力度，補齊國家財政投資的空缺。以家庭農場為代表的農業企業經營的田塊具有集中連片、規模化管理等特點，能夠嚴格執行灌溉制度，尤其適合低壓管道工程建設實施。政府要加強對這類企業的宣傳和引導力度，鼓勵企業投資低壓管道工程建設。

3.4 加強后期管護

由于后期管護不到位，贛榆區部分低壓管道工程存在廢棄現象。解決建而不管的問題，主要采取以下措施：①在工程建設初期要明確管護職責，簽訂管護責任認定書，建立分級管理、責任清晰的管理制度；②可以通過收取水費的方式籌措維修管護資金，鼓勵用水戶自覺管護，逐步形成誰使用、誰管護、誰維修的管護模式。

3.5 加強宣傳教育

解決低壓管道工程推廣應用與百姓傳統觀念沖突的問題，一是各有關部門要擴展百姓獲取信息的渠道，采取多種方式加大節水宣傳，提高節水意

意識。二是要注重專業知識培訓，糾正錯誤認知，提高專業素養。通過提高認知和專業技術水平，使百姓打破傳統思維的束縛，接受低壓管道工程，解決觀念沖突的矛盾。

4 結 語

發展低壓管道工程是實現農業灌水結構優化和升級的重要舉措。本文通過對贛榆區低壓管道工程發展存在的問題進行分析，分別從系統設計、水頭損失、投資渠道、后期管護、宣傳教育的方面提出了針對性的發展對策。以期推廣低壓管道工程，建設節水型農業，提高水資源利用效率。