我国低压管道输水灌溉工程在设计和运行方面的问题与对策

我国低压管道输水灌溉工程在设计和运行方面的问题与对策
随着混凝土衬砌渠道的弊端日益显露，节水省地、生态效益良好的管道灌溉技术越来越受到重视。

本文概述了国内外低压管道输水灌溉工程的发展状况，介绍了我国低压管灌在设计和运行方面所取得的成果，并分析了其中仍存在的问题。

最后，给出了几点关于定型设计、灌溉制度和灌区量水方面的建议。

标签：低压管道输水灌溉；设计；运行；问题
引言
进入新世纪以来，中央連续出台一号文件要把节水灌溉作为重要战略来抓，全国各地掀起了节水灌溉的建设热潮。

其中，渠道混凝土衬砌不仅节水效果明显，而且工艺成熟，造价低，因而被广泛应用。

但近几年来，渠道混凝土衬砌的弊端不断显露，尤其会对水田中青蛙、蛤蟆等生物造成致命伤害，从而影响当地生物多样性，破坏农田原有的生态环境。

管道灌溉作为高效节水灌溉技术，具有省水、省地、省工、省时等优点，而且不会破坏农田生态环境，因而越来越受到重视。

低压管道输水灌溉工程是指以地埋管道进行输水，而在田间仍采用地面灌溉的工程。

由于其管道系统的压力一般不超过300kPa，故被冠以“低压”。

低压管灌适合各类农作物，其一次性投资与运行费用均省于喷、微灌，更适合向大田作物推广，也符合我国国情。

1、国内外低压管灌发展概况
1.1 国外低压管灌发展概况
在美国低压管道灌溉被认为是节水最有效、投资最省的一种灌水技术，早在上世纪20年代就开始应用于加利福尼亚的图尔洛克灌区。

目前，美国大多数大型灌区都实现了灌溉管道化。

以色列的输水管道工程堪称国际一流，其输水管道不仅用于供水，而且可以用于回灌地下水，促进了水的回归和再利用。

日本十分重视管道灌溉的设计和科研工作，尤其是在自动化、半自动化给水装置方面，研究出了可调节定流量阀以及恒压、恒量取水栓等。

1.2 国内低压管灌发展概况
我国自上世纪50年代开始低压管道输水灌溉技术的开发应用，起初主要在北方的井灌区推广。

目前，我国井灌区低压管道输水灌溉技术已经成熟，而在渠灌区推行管道灌溉才是我国农业节水的重点。

渠灌区从20 世纪80 年代开始进行大量的试验研究，在管网设计、分水量水等方面取得了许多成功的经验。

但由于大口径管材及管件难以配套，相应的标准规范体系也不完善，低压管道输水灌溉技术在大中型灌区的应用有限。

截至2010年，我国低压管道输水灌溉面积已发展到667万hm2 ，约占全国节水灌溉面积24.5%。

“十三五”期间更是要求全国每年新增管道灌溉（含低压管道输水灌溉）面积2000万亩。

2、工程设计和运行方面取得的成果
2.1 小型机电灌区“渠改管”的成功经验
低压管道输水灌溉工程在小型机电灌区的定型设计方面积累较多经验。

不同灌溉面积（一般在1500亩以下）、不同扬程的管灌区泵型的选择，不同轮灌工作制度下所对应的干支管道的流量和管径都做了较为详细的整理及总结。

2.2 量、配水装置的研发与应用
90年代后期随着节水认识的提高，量水工作逐步引起重视，各类流量计如电磁流量计、超声波流量计、涡轮流量计等开始广泛应用于各提水泵站。

此外一些组合型多功能提水设施也具有量水功能，例如扬州大学自主研发的集水泵、电机、量水、防盗等于一体的机泵柜。

配水方面，研制了一系列田间配水装置，如山东省苍山县自行研制的一种自压开关给水栓，水利部推广的G2Y5-H型球阀移动式给水栓等。

2.3 自动化、智能化管理系统的推广
近年来，随着水利现代化建设的开展，先进的信息化、自动化技术为大规模灌溉管网的使用提供了有效的管理工具。

数字化、自动化技术在低压管道输水灌溉工程管理中应用水平不断提高，如灌区水情自动监测系统、多级配水自动控制系统、群井联合调度系统以及田间量配水自动监测信息系统等都被成功开发，并在各类示范区成功应用。

3、工程设计和运行方面存在的问题
3.1 规划设计方面
（1）规范标准有待完善
国家现行的管道输水技术规范体系不全且老化严重，而且主要针对管网控制面积80hm2以下，系统工作压力在0.3MPa以内的灌溉区域。

对于控制面积较大的灌区目前尚无系统的管道灌溉规划设计的标准或规范。

（2）布置模式有待研究
灌溉管网的经济技术性不仅受种植作物生长规律的影响，还与当地的地形、地貌特征，水源情况及气候条件等因素密切相关。

针对不同地区不同作物的具体情况，目前尚缺乏较为全面的灌溉管网布置模式的研究。

（3）经济分析有待深入
随着灌溉面积增大，管网布置级数增加，加大了管道布置形式及管径选择的复杂程度。

而目前的研究大多只针对管网布置形式优化和管径优化的其中一方面，如何同时优化管网布置形式及管径大小，使得在单位面积内灌溉管网的一次性投资的年折算费用与年运行费用之和最低，目前仍然有待深入研究。

（4）模拟仿真手段落后
关于管道水力计算的模型，目前多以恒定流计算为主，而且主要运用经验公式，对于复杂管网的非恒定流过程尚难以准确模拟。

因此往往无法从物理机理的角度科学地确定进排气阀、安全阀的数量和位置，而仅凭工程经验进行保守设计，致使灌溉管网难以在经济可行域内安全运行。

3.2 运行管理方面
（1）稳定性问题
在家庭联产承包责任之下，我国许多灌区仍未实现土地流转，一个300-500亩的机电灌区可能涉及上百农户，灌溉分散无序。

而灌溉管网多是按照固定的灌溉制度所设计，导致灌溉管网在实际工作的过程中，扬程和流量极不稳定，一方面使得灌溉设施不能正常发挥效益，另一方面也使水泵效率大大下降，浪费了大量能源。

（2）计量方式落后
计量设备精度不够，且水头损失较大计量不便，部分自动化计量设备价格昂贵，操作复杂。

随着大规模灌溉管网的发展，一方面，对于大口径、大流量的管道自动化计量设备有待开发；另一方面，如何实现“计量到户” ，开发合适的田间取水装置也亟待解决。

（4）管理软件实用性不强
在管网自动化控制方面，现有软件或者过于复杂，通用性不高，难以大面积推广；或者软件过于平庸，功能单一，速度慢、精度低，无法满足灌溉信息频繁变化的实际调、配水需要。

4、建议
（1）定型设计可以针对不同区域、（下转第页）
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不同作物等情况，更加完善灌溉管网布置的定型设计。

例如，可以在管径定型设计时考虑不同作物的灌水定额，还可以考虑管道工作制度，田间灌水方法，
一次灌水延续时间等因素形成更全面的工程手册。

（2）灌溉制度对于已实施土地流转、农场化经营、规模化种植的地区，应合理编制轮灌工作制度，优化用水次序，严格控制同时工作的放水口门；对分散经营，未实现规模化种植的地区，由于农户各自种植，用水特点随机、无序，执行轮灌制度困难，则应积极推广恒压变频系统。

（3）灌区量水采用管道灌溉一般更有利于灌溉用水的计量，可在灌溉泵站出水口安装可视可读的超声波流量计、电磁流量计，或在水源处安装一体式机泵柜；下级管网的量水装置的配置可根据灌区的控制面积和管网级数而定，有条件的地区应实现计量到户。

以干、支两级管网为例，可在泵站出水口安装电磁流量计，干、支管道连接处安装超声波流量计，最后在每个给水栓或者出水口安装压力水表实现量水到户。

5、结语
随着环境友好型、资源节约型社会建设进程的深入，节水、节能又不影响农田生态环境的低压管道输水灌溉是目前大田作物农业现代化改革的方向和潮流。

而只有在建设过程中不断优化规划设计方法和运行管理方案，才能因地制宜，解决问题，做到建一片成一片，发挥效益一片。

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