膜下滴灌技术设计施工与管理

华 媛

（山西省水利水电工程建设监理有限公司，山西 太原 030002）

膜下滴灌，是把薄膜覆盖种植技术与滴灌技术相结合起来的一种新型高效节水灌溉技术。因其具有良好的节水能力、供水保障、灌水自动化、抗盐碱以及水源水质的适应性等优点，使得该技术在我国广大地区的众多作物与不同环境下得到了推广应用。在技术研究领域，人们研究了节水对区域水源、土地盐碱化以及农业系统物质循环等农业生态系统的影响；将微咸水引入膜下灌溉，由此进一步扩大了灌溉水源，为农业开源节流提供了新的思路和技术可能；膜下滴灌条件下，水地温度、水肥运移以及根系发展等情况的自动观测与评价等，为作物的高产稳产等提供了有力技术保障。然而，由于工程设计能力不足、施工水平或认识程度较低、管理深度不够等原因，使得该技术在实际的工程应用中难以充分实现预期效果。本文以怀仁县已经建设完成的膜下滴灌工程项目为例，通过对工程设计、施工以及运行管理过程进行分析，提出了一些容易出现的、对系统效果影响明显的问题以及解决办法，以有利于技术的推广。

1 怀仁县膜下滴灌项目建设情况

1.1 总体概况

怀仁县位于山西省北部，桑干河上游，地处塞外黄土高原、雁门关外、大同盆地中部。本地区属北温带大陆性季风气候，四季分明。年均降雨量一般在315～459 mm之间，年均水面蒸发量1 223 mm，干旱指数3.26，干旱是影响当地农作物产量以及农业收入的最主要因素。由于当地农业灌溉工程配套不够完善，田面标准不高，传统的农田灌溉方式造成了水资源极大浪费。同时，地下水位的极度下降又进一步恶化了该区域的水资源环境。为此，新型高效节水的膜下滴灌技术得到了普遍重视和推广应用。

膜下滴灌技术在怀仁县主要用于玉米灌溉，采用一膜种植两行的模式。2013—2017年已建成工程面积约2 334 hm2。

1.2 工程布置

灌溉模式为“水源、潜水泵抽水及主干管道泵加压、首部设备、输水PVC分干管、PE支管、PE毛管、内镶贴片滴头、植株根部”。由此，膜下滴灌系统由水源工程、首部设备、田间管网、检查井及管理房等四部分组成。水源工程部分为引水工程，由主干管直接接入系统首部过滤器；水源为机井，经过潜水泵抽水及管道泵的加压进入首部。首部设备包括过滤设备，施肥装置和测控装置。田间管网一般包含分干管、支管、辅管、毛管及连接管件。系统设有排气阀、压力表、流量控制阀门等管道控制设备。滴灌带选用内镶贴片式滴灌带，型号为直径16×0.2×300-1.38 L/h，最大工作压力为0.20 MPa，设计工作压力为0.1 MPa。

2 膜下滴灌项目工程施工

2.1 关于现场设计变更

滴灌系统的水力计算要求精度较高，管材以及管道直径、长度的变化、管件数量或规格的调整等都将影响管道工作压力，继而影响出水和灌溉效果。为此，施工前应详细检查设计图纸，并与灌区水源、地形、作物种植及首部位置进行校对，查看是否相符，经过校对发现问题后应及时同设计部门协商，并提出合理的修改方案（必要时，要求重新进行水力计算和系统规划）。另外，因为土建工程量较小，又是隐蔽工程，工程施工的技术要求很容易被忽视。然而，安装设备的优劣对管道系统的安装精度或质量影响很大，施工前也应严格按照规范或设计或滴灌材料供应厂商的技术要求，予以严格控制。

2.2 施工程序

施工程序包括施工放样、基槽和基坑的开挖，排水及管线配套建筑物的基础处理、建筑物施工、干管及管件安装、管槽及建筑物回填、支管与毛管（滴灌带）田间铺设、首部设备安装、系统试水等主要环节。施工放样应确保精度，不应随便调整下级管道以及管件的平面和空间位置。地下管道安装应严格按设计要求控制基底高程和质量。系统试水不仅可以对安装质量进行综合检测，而且对系统的工作状况，包括压力、出水等进行现场试验，取得第一手系统水力资料，为同类其他项目的设计以及将来项目的运行管理，提供重要参考和依据，因此应认真实施并做好记录、信息反馈和分析工作。

2.3 管线施工要点

在冬季施工前要保证干管不存水，干管顶部埋深应大于当地冻土深度，基槽应平整顺直，并按规定进行放坡。

干管的转弯、三通、分岔、弯头、异径接头和阀门处应该设置镇墩，并视管道坡度合理设置支墩。

怀仁县项目地埋管系统设计基本一致，干管采用直径110 mm PVC硬管，工称压力0.6 MPa；地面输水管采用直径63 mm PE软带，工称压力0.25 MPa；地面辅管采用直径32 mm PE软带，工称压力0.25 MPa；毛管采用直径16 mm PE滴灌管，内镶贴片式滴头流量1.38 L/h。施工前应先选择符合滴灌系统设计的管道，并对管道质量和规格尺寸进行复查，禁止使用存有破裂迹象、口径不正、管壁薄厚不均及管端老化等现象的管道，同时保持管内清洁。在施工过程中禁止随意扭折或随地拖拉管道，以防止管道磨损。管道附件安装过程中，在便于施工作业条件下，对铺设管道一次性组装，并保证位置准确，连接牢靠，不存在漏水问题。

滴灌管的铺设及安装。按扣三通是毛管与支管连接专用构件，施工精度要求高，对于膜下滴灌系统而言，关键是在支管上钻好安装按扣三通的孔眼。安装按扣三通孔眼的位置、方向和大小对滴灌系统的运行管理影响很大，必须从严要求。孔眼位置要与毛管铺设位置对准，毛管铺设位置应按设计要求与种植行相对应。孔眼方向要求支管上所有孔眼方向务必与地面平行。施工时首先要检查支管是否有拗劲现象，如有务必放松。然后将支管拉直用粉笔标出开孔点后对准标记点钻孔。滴灌管铺设长度必须留有足够余量，平面略呈“S”形，与支管接头处要剪齐插紧，并经常返回查看已铺设的滴灌管是否有脱落。

首部设备安装。抽水加压、过滤器、施肥和施农药设备、测量仪表和保护设备等的安装，应严格按产品说明书进行，并按相关技术规范组织验收。影响管道系统运行的因素很多，因此应在各级管道上安装足够数量的测量仪表，以便实现管道系统运行环境的实时监控。

3 问题及分析

3.1 供水保证问题

3.1.1 水力计算

设计中，一般按照《微灌工程技术规范》对滴灌系统进行水力计算。水头损失，主要包括沿程水头损失和局部水头损失两部分，而后者往往按照沿程水头损失的10%～20%进行估算，相关实测成果早已表明，这种估算其实存在着较大的误差。

此外，除连接件外，上下级管道、管道与连接件间，有时也会采用变径管予以连接，而这些变径管的水头损失也是不容忽视的。另一方面，不同生产厂商的产品以及不同的系统结构设计，水头损失的差别很大。因此，对于滴灌输水系统的水力计算，除了采用公式计算并充分考虑各种损失外，通过现场试验获取针对具体项目的第一手资料，对校核计算结果非常重要。

对于怀仁县这种分年度实施的工程项目而言，前期工程的试验资料，尤其是管道水力损失方面的试验成果，将为后期的计算提供非常宝贵的依据。若规划的相似度很高，用试验成果代替计算，其精度是可以得到保证的。

3.1.2 施工中容易出现的问题

项目用户或施工单位，对结构改变影响水头继而影响管道运行效果的因素认识不够。现场条件、地形的变化、用户的具体需求、设备供应的更改等，常常成为系统结构微调的因素，这些微调常被人们忽视。比如支管位置的变化、毛管长度的加长、连接件规格的调整等等，都会对滴头的出水情况产生一定的影响。

3.1.3 运行中的问题

地面铺设的管道（软带）以及滴头老化、堵塞或损坏相对较快，运行期间，更换的频度相对高一些，从确保设计运行状态考虑，新的管道与滴头在规格、材质、控制范围等方面与原设计保持一致。对于滴头的选择，可供选择的主要有两种，费用也有较大差别。压力补偿式对出水量的控制效果更好，在减少堵塞方面也有相对的优势。因此，关于地面工程的更换，需要有专业技术方面的投入，以确保系统的运行效果。

3.2 运行安全问题

3.2.1 管道的低温运行

设计阶段地下管道的铺设高程，一般要求在冻土层以下，且要求管道顺直、保持一定的坡度，这就要求确保施工的足够精度。另一方面，管道埋置过深对将来的检修不利。因此，运行管理中，应重点确保管道在入冬前处于排空状态，必要时可以借助空压机予以实现。3.2.2 灌溉制度的执行

确保系统按照灌溉制度运行，对系统效果影响很大，这其中很重要的一点就是选择并执行合理的轮灌方式。管道的流速以及滴头的出水量过小，一次灌溉的时间延长，相应会增加深层渗漏损失；另一方面，一些微生物也有了生存的空间，并进一步降低过水能力。流速过大，作物根系又将产生水分胁迫效应（若存在种植品种变化时，有些作物可能会发生）。

3.2.3 覆膜和滴灌联合运用

膜下滴灌的优势是可以保证实现精准灌溉和减少蒸发，两者对灌溉效益的作用是相辅相成的。在一些特别干旱的地区，只滴灌不覆膜的影响往往是很大的，因此，应始终确保覆膜和滴灌的联合运用模式。

3.3 膜下滴灌项目评价

对于节水灌溉项目的评价，人们往往更多地关注于用水量的减少和产量的提高方面，但对工程全生命周期的综合评价进行的相对较少。一项滴灌系统的使用寿命往往在10年或20年以上，其中，系统运行电费、设备的维护更换费用、灌溉对土地的长期作用效应、地膜的污染、滴灌带的回收利用等，都影响工程的经济社会效益，因此，项目的前期设计阶段，在规划布置、设备选型等方面，应从全生命周期角度，进行技术和经济等方面的综合考量。同时，关注并及时、认真地做好项目的评价工作，对技术改进和项目后期的合理运用发挥积极的作用。

4 结论

怀仁县的膜下滴灌项目将大幅促进当地农业节水增产、农民增收，有效遏制地下水超采，改善生态环境，同时还将改变农村生产经营方式，进一步促进农业现代化。在我国膜下滴灌技术研究向深度和广度进展的同时，做好工程项目的设计、施工、运行管理等基础工作，将为该技术的进一步推广运用提供成功经验。