關于深季節凍土區淺埋低壓管道輸水灌溉技術的調查

楊 培

關于深季節凍土區淺埋低壓管道輸水灌溉技術的調查

楊 培

淺埋低壓管道輸水灌溉水田技術是一種以管道輸水代替明渠輸水的灌溉形式，通過壓力管道系統，將水輸送到灌溉農田。從2013年開始，黑龍江省農發辦分別在肇源縣頭臺鎮、林甸縣東興鄉、巴彥縣富江鄉規劃建設了灌溉面積1392畝、7855畝、3210畝和2480畝的淺埋低壓管道輸水灌溉水田項目區。從近幾年的運行情況看，深季節凍土區具備推廣淺埋低壓管道輸水灌溉水田的條件。

一、淺埋低壓管道輸水灌溉水田項目區基本情況

1.肇源縣頭臺鎮項目區。項目區無霜期146天，多年平均氣溫4℃，最高氣溫39.1℃，最低氣溫-37.2℃。項目區面積1392畝，地勢西高東低，南北高中間低，地勢高差達到5米。2013年春季，農業綜合開發對該地塊進行了淺埋低壓管道輸水灌溉水田工程規劃設計。低壓管道供水系統由渠首、供水干管、供水支管、出水樁、排水系統構成。輸水管道選用PE管道。項目區沿著地塊邊緣布置干管1條；總長1646米，支管8條，總長6142米，支管與干管垂直連接沿田埂布置，輸水管道最淺埋深0.7米，在支管道末端設置排水裝置。2013年4月中旬開始工程建設，5月中旬工程竣工并投入運行。

2.林甸縣東興鄉項目區。項目區無霜期125天，多年平均氣溫2.3℃，最高氣溫38.8℃，最低氣溫-38.1℃。項目區原為水田，農民用小四輪分散從渠道中提水灌溉，用水無計劃，灌溉費用高。2014年秋季，農業綜合開發將東興鄉福興村0.83萬畝水田規劃為淺埋低壓管道輸水灌溉水田項目區，分兩個供水系統。管材選用PE管道，按經濟流速確定管徑。項目區布設主干管2條，總長2364米；干管9條，總長6075米；支、斗管179條，總長43780米。斗管末端上設排水裝置。2014年10月開始工程施工，冬季停工3個月，2015年5月15日工程竣工并投入運行。

3.巴彥縣富江鄉項目區。項目區以松花江水為灌溉水源，需二級提水灌溉。項目區無霜期133天，多年平均氣溫3.4℃，最高氣溫38℃，最低氣溫-37℃。項目區地勢較高，需設置提水泵站2座，分別從巴彥港灌區總干渠經二級提水灌溉水田。2015年8月，農業綜合開發對該項目區進行淺埋低壓管道輸水灌溉水田規劃設計，分兩個灌溉系統。管材選用PE給水管，按經濟流速確定管徑。一號泵站設干管2條，總長3282米；支管23條，總長13951米。二號泵站設干管1條，總長1510米；支管20條，總長12467米。斗管上設出水裝置。2015年10月開始管道工程施工，冬季停工3個月，2016年5月灌溉系統竣工并正式運行。

二、淺埋低壓管道輸水灌溉水田的優勢

淺埋低壓管道輸水對地形適應性強，具有節地、節水、建設成本低、運行費用少、建設工期短、便于耕作和自動控制及運行管理費用低等優勢。

1.對地形適應性對比。管道輸水可實現水由低處向高處輸送，減少水田種植平整土地的工程量，適應各種地形。

2.占地對比。明渠輸水占用耕地面積大，低壓管道輸水以管代渠，避免因修渠占地產生的糾紛，比明渠灌溉可節約耕地4.67%。

3.節水對比。管道輸水可減少滲漏和蒸發，提高水的利用率。據測算，低壓管道輸水比混凝土襯砌明渠節水26%以上，畝節水150立方米以上。

4.工程成本對比。鋪設低壓管道每畝投資1400元左右，與明渠輸水造價相差不大。管道使用年限可達30年以上，比明渠使用年限長15年以上，畝年均投資比渠道混凝土襯砌少40元以上。

5.運行費用對比。低壓管道輸水灌溉與明渠灌溉相比，增加了出水壓力管道沿程和局部水頭損失。按照現行農用電每度0.5元計算，畝增加用水費用15元左右，但考慮工程占地減少增加的效益，畝增加收入在50元以上。

6.工程施工對比。管道鋪設施工技術簡單，要求工期短，當年建成，當年使用。而明渠輸水灌溉工程建設工期一般需2-3年。

7.輸水及耕作對比。低壓管道輸水灌溉比明渠輸水快、供水及時，可實現精準灌溉，自動控制，有利于機械耕作和標準化生產。

8.工程管理對比。管道輸水避免跑水漏水，節省管理維護用工，節約灌水勞動力。地埋低壓管道冬季需防止凍脹侵害，入冬前需將管道內余水排空。

三、淺埋低壓管道輸水灌溉水田應注意的問題

田間灌溉系統發展的趨勢是實現地下管道化。由于受到管材力學指標和造價的制約，我國管道輸水灌溉系統發展緩慢。隨著石油化工工業的發展和科學技術的進步，北方中高緯度地區管道輸水技術開始推廣應用。從我省農發項目區淺埋低壓管道輸水灌溉系統設計、實施、運行和管理的情況看，淺埋低壓管道輸水灌溉從技術上、經濟上、管理上在中高緯度地區推廣成為可能。

1.管道系統設計。低壓管道輸水灌溉系統的水利計算應滿足《農田低壓管道輸水灌溉工程技術規范》規定要求，以控制流速1.5米/秒計算管道管徑，局部水頭損失按沿程損失的10%計算。為減少沿程損失和選擇經濟管徑，輪灌組均衡分布在每條支管上，從末端向首端輪灌。水稻生育期用水量不同，建議采用變頻電機。出水樁宜設在田埂上，避免機械作業時損壞。地埋管道末端應設置排水閥門和排水井防止凍害。排水系統結合管道布局和實際地形按規范進行規劃設計。

2.材料選擇。經過實際運行和綜合實驗比較，管材應選擇具有一定柔韌性的材料，以適應冬季凍脹變形。管材除滿足國家給水管材標準要求外，線性膨脹系數應小于0.086×10-3/℃，允許的直徑變形率小于5%；斷裂伸長率為大于620%，凍融變形應小于1%。

3.管道施工。管道埋深應滿足管頂覆土70-80厘米，管道坡降掌握在0.3‰-0.5‰，為防止局部沉降，應在管底墊沙20厘米以上，分層對稱回填、分層對稱壓實。管道焊接按照埋地聚乙烯給水管道工程技術規范要求施工。環境溫度低于-5℃時停止施工，如冬季施工，需采取搭建帳篷等保護措施，設置加熱裝置，提高焊接環境溫度，保證焊接質量。

4.運行管護。輸水管道運行中各供水、排水閥門應經常檢查，防止銹蝕或滴漏。在大型車輛通過的地段鋪設管道時應添加套管，做好標識。灌區應做好輪灌計劃管理，入冬前排空所有管道積水。管理單位應做好管道漏水時應急搶修預案。

四、低壓管道輸水灌溉水田推廣前景

低壓管道輸水灌溉技術最大的優勢在于解決了旱田改水田工程占地問題，減少了旱田改水田過程中繁雜的群眾思想工作，消除了政府與農民之間產生矛盾的隱患。低壓管道輸水灌溉對地形、土壤有較強適應性。特別是在滲漏損失大、填方渠道和水資源緊張地區具有廣闊的推廣前景。

據我省水利部門統計，2013年全省市、縣水田灌溉面積3486萬畝（全省5837萬畝），其中地表水灌溉水田1220萬畝，需要地表水置換地下水面積在300萬畝左右。從我省億畝生態高產標準農田建設規劃情況看，沿松花江、嫩江、黑龍江、烏蘇里江、興凱湖、引嫩工程、引湯工程提水灌溉可發展水田800萬畝。按照肇源、林甸、巴彥三個縣項目區的實踐成果，如果全省1100萬畝水田提水灌區推廣該項技術，可節省耕地51.37萬畝，增加優質糧食生產能力6.16億斤；節約的水量可再發展394萬畝水田，按畝增糧食200斤計算，可增加糧食產能7.88億斤。兩個因素可增加優質糧食產能14.04億斤，相當于再造一個中等產糧大縣，不但可實現水資源的可持續利用，而且經濟、社會和生態效益顯著。

（作者系黑龍江省農發辦綜合處處長）

責任編輯/張礫