王海军
(新疆瑞祥农牧工程咨询设计院有限公司,新疆 乌鲁木齐 830000)
低压管道灌溉在小型农田水利工程中的应用
王海军
(新疆瑞祥农牧工程咨询设计院有限公司,新疆乌鲁木齐 830000)
本文论述了管道输水灌溉的优点及低压管道灌溉系统的规划和设计,并对低压式管道输水灌溉管理、技术要求和技术中存在的问题进行了简要分析。低压式管道输水灌溉技术的应用对于缓解我国水资源危机,进一步完善农业基础水利设施,改善我国农业生产的生态环境,从而增加农民收入有着至关重要的意义。
低压管道;灌溉系统;灌区
近年来,为了进一步完善水利设施、灌溉排水系统,增强农业抵御自然灾害的总体能力,我国很多地区都做出了巨大的努力,逐步改变了传统农业中靠天吃饭的尴尬局面。但是在当前的农田水利建设中仍有很多的问题有待进一步解决,这些问题主要有灌溉水利用效率低、区域河道淤积现象严重、总体水资源分布状况不均匀以及灌溉和排水能力差等。对于上述的这些问题,有必要采取更加有效的针对性措施。当前水利灌溉主要采取大灌、漫灌的方式,这些仍属于地表灌溉类,面对这种现状,有必要采取低压管灌技术,也就是使用较低的压力(通常利用地形差异所形成的自然差)把水供给到田间地头,这种做法充分借助了自然的压力,不消耗电能。
我们常说的管道输水,是指通过管道运输水资源,它改变了传统的使用明渠的方式。这种做法可以把水直接送到田间地头,并且可在分水口安装软管,通过软管把水输送到每一个角落。管道输水的方式与明渠灌溉相比,不仅节水,而且省力,在将来的农田灌溉中扮演着重要角色[1]。
1.1节约用水
在管道输水中水管一般都采用地埋的做法,能够有效消除水分的流失渗漏以及蒸发。根据有关测试数据,在轻壤土中采用管道灌溉,水的利用系数可大大提高,比一般使用的土渠、混凝土渠水资源利用率分别提升30%和15%。此外,采用管道灌溉还可以根据畦埂的高低变化,逐层浇水,使灌水的均匀度大大提升。总之,采用管道灌溉比一般的水渠灌溉更加节水。
1.2占用耕地少,利于机械耕作
一般来说,土渠一般占到了耕地总面积的1%~2%,如果采用管道灌溉可以节省1%的土地面积。如今,我国土地资源非常紧张,节约土地面积、增加土地资源利用率显得格外重要,采用管道输水对于土地资源紧缺的中国来说,有着非常显著的社会效益与经济效益。此外,如果把一般的土渠改为地下管道,还可以为农业的机械化运作提供良好的环境。
1.3适时适量灌溉,缩短灌溉周期
地下管道灌溉比一般的土渠供水更快,可以大大缩短灌溉周期,进而有效改善农田灌溉的条件,有利于及时和适当的灌溉。适时适量的灌溉对于农作物的成长,特别是对农作物需水关键期来说有着至关重要的作用。一般来说,土渠灌溉往往由于轮灌的周期长,导致农作物因为灌溉不及时而严重影响了生长,造成减产。地下管道灌溉有效地克服了这个缺点,使农作物生产效果大大提升[2]。此外,采用地下管道灌溉不仅有效避免了漏水问题,还节省了劳动力。
1.4成本低,效益高
试验表明,管道灌溉大约比水井或抽水站供水减少30%的能源消耗。因为管道灌溉可以适当地根据地形的变化,将水输送到土地中的每一个角落,从而扩大了灌溉总面积,同时灌溉的总成本也大大降低。根据现有条件,使用聚乙烯软管进行移动灌溉,其造价约为75~90元/hm2。由于灌溉面积的扩大,灌水次数以及灌水的及时,即使遇到干旱也不会造成大的减产。
1.5适应性强,便于推广
管道灌溉的设备相对来说比较简单,并且非常容易掌握,其管理更是方便。软管能够摆脱地面约束,跨过各种障碍物;硬性的塑料管埋设在地下,还可以减缓老化,防止开裂。可以说,管道灌溉具有很强的适应性。鉴于地下管道灌溉的优势,该技术已取得了很大进展。尤其是在20世纪80年代,随着塑料工业的发展,重量轻、耐水性好的塑料管被大面积应用到了农田灌溉中,促进了管道渗水工程技术在中国的发展。
2.1资料收集
使用基本数据以及相关技术参数,是低压管灌系统规划的前提,它必须是准确可靠的数据,需要借助大量的观察、检测以及分析论证。下面的基本信息非常重要,是基础设计的重要参考。
2.2系统管网布置及灌溉制度的确定
2.2.1管网布置
管网的整体布局要合理有序,它对于整个项目的投资、管理以及维护有着显著的影响,一般来说管道的布局要遵循以下原则:
a.要充分认识压力水头的作用。
b.寻求管道的最短长度,控制好面积等。
c.分支管道走向要与作物方向一致,支管的间距最好保持在75m以内。
2.2.2灌溉制度的确定
灌溉系统要具有及时性的特点,要根据一定的气候、土壤以及农作物的生育期制定合理的灌溉制度,以增加农作物的产量。其内容主要包括灌溉的时间、总量以及频率等。在管道网络的设计中,要根据植物成长期内所需要的灌溉量设计最大的灌溉定额。对于不同的灌溉区域,因为作物种类的不同通常选择最大灌水定额作为设计的灌溉定额。一般来说,要按田间持水量的80%~95%确定灌水定额,根据下式计算[3]:
式中 m——设计灌水定额,m3/亩;
H——计划湿润层深度,m,一般大田可取0.4~0.6,蔬菜可取0.2~0.3,果树可取0.8~1.0;
β1、β2——土壤适宜含水量上、下限;
C——土壤干密度(t/m3);
G——田间水有效利用系数,一般取0.85~0.95。
2.2.3灌水周期的确定
根据农作物的需水量计算出理论条件下的灌溉周期。因为考虑到没有水以及水分配设备故障等问题,可能会出现设计灌水周期小于理论条件下灌水周期的情况。
式中 T理——理论灌水周期;
Ep——控制区内作物最大日需水量,m m/d;
T设——设计灌水周期。
3.1管理制度
低压管道灌溉系统也需要有健全的管理制度,有一整套的管理措施,如果没有与之适应的措施很难实现正常工作。有效管理要从四个方面做起,即管理组织、依法管水、管理责任制以及考核标准。
3.2低压管道灌溉系统运行技术要求
a.主通道上给水栓的数量不能少于3个。
b.打开给水栓之后,要及时打开进水闸,闸板的开度应依据渠道水位决定。
c.在灌溉之后,首先要关闭进水闸,最后要及时关闭给水栓,要把管道中多余的水及时排空,以免造成管道结冰。
d.要定点、定时做好管道的维护工作,以更好地保证地下管道灌水系统的正常运转。
4.1存在的问题
a.管道输水灌溉工程的标准低。20世纪80年代初,数千亩的大规模输水管道工程开始起步,然而从项目设计到施工的每一个环节上都缺乏严格的规范标准。
b.缺少大口径管材、系列配套管件及附属设备。如今,还没有生产农用管道、管件及配套设备的流水化生产厂家,能够生产大口径管材的生产厂家几乎没有,严重制约了管道灌溉技术的发展。
c.田间工程的标准和配套程度有待提高。当前,由给水栓向田间地头输送水源的方式还不是很健全,还没有形成标准化的产品以及系列化的给水设施。
d.设备利用率低。虽然大口径低压管道已经替换了灌溉中的明渠,但由于经营管理不到位,大量的水利设备利用率相对较低,造成了资源的巨大浪费。
4.2发展展望
a.提高井灌区高标准管道输水与田间灌水配套技术水平。为了提高数字化、自动化技术在管道输水工程中的应用,要加大对多层次自动配水以及共同控制组调度技术的学习。
b.对配套管件及其附属设备进行标准化、系列化和产业化开发。开发大口径并且可以移动的水管和快速连接配件,对于灌溉给水的大面积推广有着至关重要的作用,因此要加大力度研发新的管材管件,特别是那些低成本、高性能、复合型的聚合物材料。
c.研发低能耗、低投入、高效率的设备。由于耕地自然条件的限制以及过去长期性使用效率低下的井灌,在我国大面积的推广管道灌溉有一定的难度。正是因为如此,需要进一步结合各地实际情况,通过试点的方式逐渐推开。
d.吸收国外先进的操作经验,加强对大口径管道技术的学习和应用,进一步完善对灌溉方式的示范引导,充分发挥低压管道在土地灌溉中的优势。
随着城市化以及农业现代化的发展,当前农业主要的任务便是重点提高农田水利设施,以此不断提高农民的生活质量。面对当前灌溉效率低,自动化水平差的现状,需要我们做的便是不断引进先进的灌溉技术以及现代化的农田设施以此推动水利工程的发展。
管道灌溉的方式有效地实现了水分配,减少了对耕地的占用,提高了灌溉的效率,是未来一段时间内主要采用的灌溉节水措施。除了不断改善灌溉技术之外,还需要进一步加大农业科研投入,营造良好的政策、法规环境,为节约化灌溉创造条件。相信随着技术的成熟以及政策环境的不断优化,我国的水利设施系统会更加的完善。■
[1] 曹彬.平原地区低压管道灌溉工程的典型设计[J].今日科苑,2013(14).
[2] 杨健,张小侠,王秀茹,等.土地整理中的水资源供需分析与低压管道灌溉设计[J].山西农业科学,2010(9).
[3] 孙秀艳.综评低压管道灌排一体化技术[J].黑龙江水利科技,2012(12).
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1005-4774(2015)04-0060-03
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