论文部分内容阅读
[摘 要]本文针对嘉荫县农业开发项目建设中节水工程的实施与运行情况，从工程设计理念到运行管理中应注意的事项，提出了切实可行的建议，可为相关部门在农业节水项目建设方面提供参考。
[关键词]水资源现状；明渠衬砌；低压管道；存在问题；注意事项
中图分类号：S275 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0388-01
一、我国水资源现状
据统计资料，我国淡水资源总量虽然达到28000亿立方米，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，水资源总量占全球的6%，但人口却占全球的23%，因人口众多，按14亿计算，中国人均水资源量仅有2000立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，中国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为786立方米，并且其分布极不均衡。目前中国正常年份缺水量近400亿立方米，其中农业缺水约300亿立方米。另一方面，水的利用率还有很大潜力，中国单方水的粮食生产能力只有0.87kg，远低于发达国家2kg以上的水平。农业又是用水大户，用水量约占全国用水总量的70%。为应对日趋严重的缺水形势，发展农业节水特别是发展农业节水灌溉是一种必然选择。我国是农业大国，水利是农业发展的命脉，节水灌溉已经刻不容缓，这是利国利民利后代的大事。
2节水工程应用情况及存在的问题分析
2.1明渠衬砌
渠道是我国农田灌溉的主要输水方式。但传统的土渠输水渗漏损失约占水量的30%～50%，因此，渠道防渗一直是我国发展节水灌溉的主要技术措施.按防渗材料可分为土料压实、三合土护面、砖有衬砌、混凝土衬砌、塑料薄膜防渗和沥青护面防渗等。
2001年，嘉荫县向阳乡王家店中低产田改造项目区实施了5000亩旱田改水田工程，新建的连接泵站填方渠道，因为土壤含砂率高，输水渗漏损失达到40%左右，易发生管涌事故。作为农业开发项目，首次应用了灌溉渠道防渗工程，分别对干渠和支渠进行混凝土预制板衬砌，干渠衬砌2.25km，支渠衬砌2.5km，预制板规格为70×50×8cm，并铺设防渗膜。本工程渠道防渗效果明显，减少了渠系输水过程中的水量渗漏损失，渠系水利用系数提升20%，渠道输水安全保证率、渠道抗冲能力也同步得到提高，糙率由0.025降低至0.012，降幅50%，直接增加了输水流量。到目前该渠系节水工程已经运行17年，无明显脱坡和移位现象，运行状况良好。
2015年，在保兴镇农业开发高标准农田建设项目区，实施了干、支渠道衬砌工程，其中干渠衬砌3.5公里，支渠衬砌6.5公里。效仿向阳乡王家店灌区，本次衬砌采用了相似的结构，只是混凝土板的体积改为了50×50×8cm，每块板的重量由68.6kg降低到49kg，便于人工在渠内搬运。经过一年的运行，到第二年春天发现干渠衬砌渠道和部分支渠的预制板脱坡比较严重，特别是挖方为主的渠段更为明显。
分析其原因，保兴灌区不同于上述的王家店灌区，王家店灌区是建泵站提黑龙江水灌溉，把较低处的水源提到较高的地块进行灌溉，所修筑的渠段基本以填方为主，周围土壤含水率低，且不受地下水影响。而保兴灌区是有坝取水，和王家店灌区正好相反，是把较高处的河流，按设计比降输送到较低的地块进行灌溉，干渠流程长达17公里，沿着山坡修建，基本以挖方为主。沿着山坡等高线开挖的保兴干渠，采用上铺预制板、下铺防渗膜的结构，虽然防止了渠内水的外渗，同时也阻止了周围特别是山坡段土壤含水层的流动，阻截了原来的渗水通道，在地下水力坡降的作用下，大量积水饱含在防渗膜与渠道之间，经过一个冬季的冻涨融沉，在贴近山坡一侧的预制板滑坡尤为明显。为此，在修复过程中，把贴近山坡段的一侧渠堤防渗膜更换为无纺布，部分坡水量较多渠段把预制板替换为干砌石，打通了沿山挖方渠道的渗水通道，由阻碍变疏导，减轻了冻涨破坏现象。
所以，实践证明，渠道衬砌设计应遵循地形、土壤含水率，土壤结构、地下水和地表径流等因素确定，不可一概而论，“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同，所以然者何？水土异也”。
（二）低压管道
低压管道输水灌溉，简称“管灌”，是利用低压输水管道代替输水土渠将水送到田间灌溉作物，减少水在输送过程中的渗漏和蒸发损失的技术措施。一般可分为移动式、固定式和半固定式。
嘉荫县地貌概括为“八山半草半水一分田”，大部分耕地地形并不平整，起伏较大，实施旱田改水田工程，田間布置渠道和排水沟比较困难，若实现明渠均匀流，需布置大量跌水、节制闸、涵洞等水工建筑物，加上纵横交错的灌排渠系，直接导致工程占地面积大，造价较高，协调耕地工作量大，群众矛盾多，后期施工困难。为此，2016年保兴镇农业开发生态高产标准农田项目区在全县首次尝试了固定式低压管道输水灌溉。水源来自乌拉嘎河中游段，新建的泵站装机容量135KW，设计净扬程9.30m，设计流量0.28m3/s，加大设计流量0.42m3/s，设计灌溉面积3000亩，装机3台卧式离心泵，两用一备，水泵型号为250S-24，水泵配套电机功率45Kw。在供水管道方面，选用PE管材，采用公称压力0.6MPa的PE干管1根，长度1.181km，dn500；支管长度1.456km，管径dn400；斗管长度3.471km，管径dn315。PE管材是我国配水工程中最近几年常用的管材之一，其主要特点是采用电熔式、热熔式接口，对各种地基的适应能力强、不需做内外防腐处理、施工安装较为方便，使用效果较好，小管径（DN250mm以下）及所需压力较低时，价格较低。
该工程在2017年春季投入使用，与传统明渠灌溉相比，地埋低压管道灌溉有如下优点：1.高效节水。地埋式PE管减少了水的渗漏和蒸发损失，提高了输水效率。2.维护成本低。低压管道灌溉的管网系统采用设计使用年限达15年至20年以上的PE管材，管网埋至地下0.7米至2.0米深，建成后不易损坏，只要管材质量达标，能节省多年的建后管护费用。同时，管网深埋地下，不影响机械化耕作，避免了联合收割机等农业机械对灌排明渠的碾压损毁问题。3.工程占地少。项目完工后，田间只能看见一些直径12厘米的出水桩和若干个阀门井，没有干、支渠道和渠系建筑物，工程占地很少。4.不受季节限制。管道热熔和铺埋施工可在冬季进行，可明显节省工期。
从笔者的工作实践来看，应用固定式低压管道灌溉需注意的事项，一是辐射灌区面积不宜超过5000亩，否则对供水系统的压力和管材要求也相应提高，工程成本会显著增加。二是管道埋深不应低于0.7米，埋深过浅会在群众开挖田间排水工程时挖坏管道，且不利于管道负重；也不宜埋深超过2.5米，会造成施工成本增加，后期维修困难。三是在冻深较大的寒冷地区，管道铺埋一定要按一定的比降铺设，出现上折点应设置排气设施，出现下折点应设置排水阀井，秋收后一定要放空管道存水，否则第二年泡田期若不能融化管内结冰，哪怕是一小段，都会造成阻塞，而不能及时灌溉。四是管线铺埋应选择选择地形坡度比较一致的线路，减少管线向上或向下的折点，从而减少排气和排水设施，便于管理，降低工程造价。四是一定要了解管线所处的水文地质情况，如果地下水位超过设计埋管位置，会导致管道漂浮，施工中的高程控制不容易保证，此外沼泽地等易塌滑土质也应避免。五是为减少群众在泡田期的争水矛盾，一方面建议地块较远的群众要错峰用水，向前延长泡田期，抢前抓早，避免后期集中用水，导致流量分配不均，另一方面，泵站装置水头损失应充分考虑泵站拦污栅、流道阻力损失、水泵进出水管道的局部及沿程损失、输水管线的局部及沿程损失，从而保证设计扬程，提高灌溉保证率。
[关键词]水资源现状；明渠衬砌；低压管道；存在问题；注意事项
中图分类号：S275 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0388-01
一、我国水资源现状
据统计资料，我国淡水资源总量虽然达到28000亿立方米，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，水资源总量占全球的6%，但人口却占全球的23%，因人口众多，按14亿计算，中国人均水资源量仅有2000立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水泾流和散布在偏远地区的地下水资源后，中国现实可利用的淡水资源量则更少，仅为11000亿立方米左右，人均可利用水资源量约为786立方米，并且其分布极不均衡。目前中国正常年份缺水量近400亿立方米，其中农业缺水约300亿立方米。另一方面，水的利用率还有很大潜力，中国单方水的粮食生产能力只有0.87kg，远低于发达国家2kg以上的水平。农业又是用水大户，用水量约占全国用水总量的70%。为应对日趋严重的缺水形势，发展农业节水特别是发展农业节水灌溉是一种必然选择。我国是农业大国，水利是农业发展的命脉，节水灌溉已经刻不容缓，这是利国利民利后代的大事。
2节水工程应用情况及存在的问题分析
2.1明渠衬砌
渠道是我国农田灌溉的主要输水方式。但传统的土渠输水渗漏损失约占水量的30%～50%，因此，渠道防渗一直是我国发展节水灌溉的主要技术措施.按防渗材料可分为土料压实、三合土护面、砖有衬砌、混凝土衬砌、塑料薄膜防渗和沥青护面防渗等。
2001年，嘉荫县向阳乡王家店中低产田改造项目区实施了5000亩旱田改水田工程，新建的连接泵站填方渠道，因为土壤含砂率高，输水渗漏损失达到40%左右，易发生管涌事故。作为农业开发项目，首次应用了灌溉渠道防渗工程，分别对干渠和支渠进行混凝土预制板衬砌，干渠衬砌2.25km，支渠衬砌2.5km，预制板规格为70×50×8cm，并铺设防渗膜。本工程渠道防渗效果明显，减少了渠系输水过程中的水量渗漏损失，渠系水利用系数提升20%，渠道输水安全保证率、渠道抗冲能力也同步得到提高，糙率由0.025降低至0.012，降幅50%，直接增加了输水流量。到目前该渠系节水工程已经运行17年，无明显脱坡和移位现象，运行状况良好。
2015年，在保兴镇农业开发高标准农田建设项目区，实施了干、支渠道衬砌工程，其中干渠衬砌3.5公里，支渠衬砌6.5公里。效仿向阳乡王家店灌区，本次衬砌采用了相似的结构，只是混凝土板的体积改为了50×50×8cm，每块板的重量由68.6kg降低到49kg，便于人工在渠内搬运。经过一年的运行，到第二年春天发现干渠衬砌渠道和部分支渠的预制板脱坡比较严重，特别是挖方为主的渠段更为明显。
分析其原因，保兴灌区不同于上述的王家店灌区，王家店灌区是建泵站提黑龙江水灌溉，把较低处的水源提到较高的地块进行灌溉，所修筑的渠段基本以填方为主，周围土壤含水率低，且不受地下水影响。而保兴灌区是有坝取水，和王家店灌区正好相反，是把较高处的河流，按设计比降输送到较低的地块进行灌溉，干渠流程长达17公里，沿着山坡修建，基本以挖方为主。沿着山坡等高线开挖的保兴干渠，采用上铺预制板、下铺防渗膜的结构，虽然防止了渠内水的外渗，同时也阻止了周围特别是山坡段土壤含水层的流动，阻截了原来的渗水通道，在地下水力坡降的作用下，大量积水饱含在防渗膜与渠道之间，经过一个冬季的冻涨融沉，在贴近山坡一侧的预制板滑坡尤为明显。为此，在修复过程中，把贴近山坡段的一侧渠堤防渗膜更换为无纺布，部分坡水量较多渠段把预制板替换为干砌石，打通了沿山挖方渠道的渗水通道，由阻碍变疏导，减轻了冻涨破坏现象。
所以，实践证明，渠道衬砌设计应遵循地形、土壤含水率，土壤结构、地下水和地表径流等因素确定，不可一概而论，“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其实味不同，所以然者何？水土异也”。
（二）低压管道
低压管道输水灌溉，简称“管灌”，是利用低压输水管道代替输水土渠将水送到田间灌溉作物，减少水在输送过程中的渗漏和蒸发损失的技术措施。一般可分为移动式、固定式和半固定式。
嘉荫县地貌概括为“八山半草半水一分田”，大部分耕地地形并不平整，起伏较大，实施旱田改水田工程，田間布置渠道和排水沟比较困难，若实现明渠均匀流，需布置大量跌水、节制闸、涵洞等水工建筑物，加上纵横交错的灌排渠系，直接导致工程占地面积大，造价较高，协调耕地工作量大，群众矛盾多，后期施工困难。为此，2016年保兴镇农业开发生态高产标准农田项目区在全县首次尝试了固定式低压管道输水灌溉。水源来自乌拉嘎河中游段，新建的泵站装机容量135KW，设计净扬程9.30m，设计流量0.28m3/s，加大设计流量0.42m3/s，设计灌溉面积3000亩，装机3台卧式离心泵，两用一备，水泵型号为250S-24，水泵配套电机功率45Kw。在供水管道方面，选用PE管材，采用公称压力0.6MPa的PE干管1根，长度1.181km，dn500；支管长度1.456km，管径dn400；斗管长度3.471km，管径dn315。PE管材是我国配水工程中最近几年常用的管材之一，其主要特点是采用电熔式、热熔式接口，对各种地基的适应能力强、不需做内外防腐处理、施工安装较为方便，使用效果较好，小管径（DN250mm以下）及所需压力较低时，价格较低。
该工程在2017年春季投入使用，与传统明渠灌溉相比，地埋低压管道灌溉有如下优点：1.高效节水。地埋式PE管减少了水的渗漏和蒸发损失，提高了输水效率。2.维护成本低。低压管道灌溉的管网系统采用设计使用年限达15年至20年以上的PE管材，管网埋至地下0.7米至2.0米深，建成后不易损坏，只要管材质量达标，能节省多年的建后管护费用。同时，管网深埋地下，不影响机械化耕作，避免了联合收割机等农业机械对灌排明渠的碾压损毁问题。3.工程占地少。项目完工后，田间只能看见一些直径12厘米的出水桩和若干个阀门井，没有干、支渠道和渠系建筑物，工程占地很少。4.不受季节限制。管道热熔和铺埋施工可在冬季进行，可明显节省工期。
从笔者的工作实践来看，应用固定式低压管道灌溉需注意的事项，一是辐射灌区面积不宜超过5000亩，否则对供水系统的压力和管材要求也相应提高，工程成本会显著增加。二是管道埋深不应低于0.7米，埋深过浅会在群众开挖田间排水工程时挖坏管道，且不利于管道负重；也不宜埋深超过2.5米，会造成施工成本增加，后期维修困难。三是在冻深较大的寒冷地区，管道铺埋一定要按一定的比降铺设，出现上折点应设置排气设施，出现下折点应设置排水阀井，秋收后一定要放空管道存水，否则第二年泡田期若不能融化管内结冰，哪怕是一小段，都会造成阻塞，而不能及时灌溉。四是管线铺埋应选择选择地形坡度比较一致的线路，减少管线向上或向下的折点，从而减少排气和排水设施，便于管理，降低工程造价。四是一定要了解管线所处的水文地质情况，如果地下水位超过设计埋管位置，会导致管道漂浮，施工中的高程控制不容易保证，此外沼泽地等易塌滑土质也应避免。五是为减少群众在泡田期的争水矛盾，一方面建议地块较远的群众要错峰用水，向前延长泡田期，抢前抓早，避免后期集中用水，导致流量分配不均，另一方面，泵站装置水头损失应充分考虑泵站拦污栅、流道阻力损失、水泵进出水管道的局部及沿程损失、输水管线的局部及沿程损失，从而保证设计扬程，提高灌溉保证率。