水田管道输水灌溉与明渠输水灌溉技术经济对比分析

李 雷

(沈阳天易通工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110016)

水田管道输水灌溉与明渠输水灌溉技术经济对比分析

李 雷

(沈阳天易通工程咨询有限公司，辽宁 沈阳 110016)

水田灌溉输水现阶段主要有明渠输水和管道输水2种形式,明渠输水多采用混凝土衬砌,施工方便,造价相对较低,但水量渗漏、蒸发损失较多,水量计量管理不精确,渠道占用部分耕地,农机作业不能跨越衬砌渠道;管道输水多采用混凝土管或P V C管等,施工机械化程度高,速度快,造价相对较高,但水量渗漏、蒸发损失较少,水量计量管理易于控制,占用耕地少,农机作业可跨越输水管道。随着农业机械化的推广使用,节水农业的快速发展,水田管道输水的应用越来越多,本文结合工程实际对管道输水和渠道衬砌输水进行了对比分析,为工程设计、管理单位进行灌区节水改造提供借鉴和参考。

管道输水;明渠;灌溉

水田灌溉水的输送方式有明渠和管道2种。在20世纪70年代以前，我国农田灌溉输水形式主要采用土渠输水，土渠输水渠道糙率大，输水效率低，渗漏、蒸发损失严重，水量损失约50%。20世纪80年代以后，我国农田灌溉骨干渠道采用混凝土衬砌，提高了输水效率，减少了渗漏损失，但支渠以下多数仍然为土渠输水，水量损失依然较大。进入21世纪以后，我国加大了灌区改造投入，支渠以下也采用混凝土衬砌进行输水，但是随着农业机械化的普及，农田中的输水渠道严重影响农机的作业效率，因而很多地区采用地埋管道进行输水，以便于农田机械化作业，同时也减少了蒸发损失，所以，管道输水是未来农田节水灌溉的一种主要输水形式。

1 管道输水灌溉技术的优点

管道输水灌溉系统与混凝土明渠输水灌溉系统相比具有以下优点。

(1)节水。管道输水比混凝土衬砌明渠输水可有效减少蒸发损失约5%的水量，同时管道输水比混凝土衬砌明渠输水糙率小，输水效率高。

(2)减少占地。管道输水灌溉系统中管道全部或部分埋入土中，占用耕地少，与相同输水能力的明渠灌溉系统相比，占用耕地减少约22%。

(3)减少冻胀变形。管道输水灌溉系统中管道全部或部分埋入土中，能有效提高管底地温，同时管道断面为圆形，可有效释放土体冻胀应力，减少管道冻胀变形。

(4)便于机械化作业。管道输水灌溉系统中管道埋于土中，农机跨越管道作业不会造成管道损坏;管道灌溉设备比较简单，用水量便于控制和计量，为农业机械化、水量控制自动化的发展提供了基础条件。

2 盘山县管道输水技术应用情况

盘锦市2014年为开展新型节水技术示范，在盘山县实施了13.33hm2渠灌区管道输水灌溉试点。在水田农渠节水工程中采用φ 400混凝土承插管取代原混凝土梯形衬砌渠道，共计实施2.5km，每条农渠间距20～30m设一分水器兼沉砂池。管道输水结构如图1所示。

3 盘山县管道输水技术与梯形渠道衬砌技术对比分析

(1)2种输水结构造价对比。根据水利工程预算定额，按1km工程量分别计算2种输水结构造价，采用承插管为13.87万元/km，梯形渠道混凝土衬砌为12.58万元/km。采用承插管比梯形渠道混凝土衬砌多1.29万元/km。

图1 管道输水

(2)2种输水结构施工方式与速度对比。管道铺设可采用机械化作业，主要设备为混凝土管运输车，反铲(吊车)，并配合4个力工即可，每个班组每天施工进度约200m;渠道混凝土衬砌必须采用人工作业，所需设备为混凝土搅拌机、混凝土运输车，需要2个混凝土高级技工和4个力工，每个班组每天施工进度约100m。因此，管道铺设施工速度是渠道衬砌速度的2倍，且机械化程度高，不需要技工，节约人力。

(3)2种输水结构占地面积对比。按照渠道衬砌顶宽1m、底宽0.3m、深0.5m结构，与管道直径0.4m进行占地对比分析:渠道衬砌占地约1800m2/km;管道输水占地约1400m2/km;管道输水节约土地面积率22%/km。由于管道上方覆盖土层，也可种植矮颗作物，如大豆，还可增加土地利用率，同时也能防治病虫害。

(4)2种输水结构淤积对比。2种输水方式结构面均为混凝土结构，渠道的糙率一致，经计算不淤流速基本一致，均为0.4～0.6m/s，实际输水速度均大于不淤流速，因此2种结构均不会产生淤积。若特殊情况产生淤积，渠道衬砌可采用人工清理;管道输水每隔20m设一分水器兼沉砂池，人工清理沉砂池。太平镇仙水村管道输水运行一年后，实测沉淀池厚度约15c m。

(5)2种输水结构防冻胀对比。根据辽宁省水科院2011年盘山县实测资料，渠道衬砌冻胀变形量为4～6c m，管道输水冻胀变形量应与渠道衬砌一致，但是管道输水为圆形结构，可有效释放冻胀产生的应力，另外，管道接头为承插形式，可适应微小冻胀变形，春天开化后还可回复原位，不会造成管道接头渗漏，因此，管道输水防冻胀能力比梯形渠道更优越。

(6)2种输水结构运行管护对比。渠道衬砌农用机械不可以跨域，不便于机械化农田作业;管道输水农用机械可以任意跨域，便于机械化作业，提高农田作业效率。另外，管道埋于地下，使用寿命更长，可达50年。

4 灌区管道输水防淤堵技术措施

水田管道输水相比混凝土衬砌渠道输水有很多优点，并且在施工及运行管理方面已经取得非常成熟的技术经验，但是管道输水的淤积、堵塞问题依然存在。因此，在进行管道输水工程设计时，必须考虑防止管道淤积堵塞的技术措施，以确保管道输水系统的安全可靠运行。在设计、管理过程中主要采取以下措施防淤堵:①根据输水管道进水口水源中泥沙特性及泥沙量的多少，计算确定管道临界不淤流速，选用的管道设计流速应大于计算的管道临界不淤流速;②在管道进水口设蓄水池，池底低于管道底高程，起到沉沙、拦沙作用，防止推移质及泥沙进入管道;③在管道进水口设拦污栅、网，防止水中的作物秸秆、柴草等漂浮物进入管道;④在管道适当距离或分水口处设置泥沙处理建筑物，如设分水闸兼沉沙池，用于处理管道携带的泥沙。

5 结论

水田管道输水与明渠输水相比具有施工机械化程度高，速度快，水量渗漏、蒸发损失较少，水量计量管理易于控制，占用耕地少，便于农业机械化作业等优点。随着农业机械化的推广使用和节水农业的快速发展，水田管道输水的应用越来越多，本文结合工程实际对管道输水和混凝土衬砌渠道输水进行了对比分析，为工程设计、管理单位进行灌区节水改造提高借鉴和参考。

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图7 沙粒浓度与堵塞性能的关系

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1008-1305(2016)05-0123-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2016.05.042

2015-11-24

辽宁省农业科技攻关项目(2015212002)作者简介:李 雷(1982年—)，男，工程师。