低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展綜述

1、水利經(jīng)濟,第25卷第2期,2007年3月中國科技核心期刊作者簡介梁春玲(1978 ,女,河南南陽人,碩士研究生,主要從事節(jié)水灌溉技術(shù)研究。低壓管道輸水節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展綜述梁春玲1,劉群昌2,王韶華1(1.北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院,北京 100022; 2.中國水利水電科學(xué)研究院水利所,北京 100044摘要簡要總結(jié)低壓管道輸水灌溉的優(yōu)點,通過分析國內(nèi)外該項技術(shù)的發(fā)展及經(jīng)驗,提出了當前我國所存在的問題,指出了今后發(fā)展的趨勢或領(lǐng)域,以期為該項技術(shù)的進一步推廣應(yīng)用提供借鑒。關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)灌溉;節(jié)水技術(shù);低壓管道中圖分類號S27 文獻標識碼A 文章編號1003 9511(200702 0051 021 概

2、 述我國是一個水資源嚴重短缺的國家,被列為13個嚴重的貧水國家之一。現(xiàn)在我國每年用水總量中農(nóng)業(yè)用水占70%左右;另一方面,農(nóng)業(yè)用水浪費現(xiàn)象又十分嚴重。目前我國灌溉面積約0 53億hm 2,但灌溉水的利用系數(shù)只有0 4左右,60%的水在輸水、配水和田間灌水工程中被浪費掉,而先進國家的灌溉水利用系數(shù)達到0 8以上,如果采用先進的節(jié)水灌溉技術(shù),將全國已建成的灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)提高0 1,則每年可節(jié)約水400億m 31。因此,解決水資源問題的核心是提高利用水的效率與效益,節(jié)約用水和科學(xué)用水應(yīng)成為水資源管理的首要任務(wù)。2 管道輸水灌溉的主要優(yōu)點所謂管道輸水是指以管道代替明渠的一種輸水工程措施,通過一定的

3、壓力,將灌溉水由分水設(shè)施輸送到田間,可直接由管道分水口分水進入田間溝、畦或在分水口處連接軟管輸水進入溝、畦。相對與明渠灌溉,管道輸水灌溉具有節(jié)水、省地、省工、低能耗等優(yōu)點,成為節(jié)水灌溉技術(shù)中主要措施。2.1 節(jié)約用水由于管道輸水時一般都采用地埋式,基本上消除了滲漏損失和蒸發(fā)損失。據(jù)測驗,在輕壤土中采用管道輸水灌溉,水的利用系數(shù)為0 950 97,與土渠、混凝土渠相比,分別提高30%和5%15%;再者,用軟管灌溉可順畦埂由遠而近逐段澆地,常畦短灌,灌水均勻,灌水定額為600m 3/hm 2,綜合以上因素管道灌溉比土渠灌溉可節(jié)省45%左右1。據(jù)實測,管灌比混凝土板襯砌渠道節(jié)水7%,比石砌石防滲渠道

4、節(jié)水15%左右2。2.2 占用耕地少,利于機械耕作井灌區(qū)土渠一般占耕地1%2%左右。管道埋入地下代替土渠之后可增加1%的耕地面積。渠灌區(qū)輸水流量大,渠道占用耕地面積大,所以,在渠灌區(qū)實現(xiàn)管道灌溉后,減少渠道占用耕地的優(yōu)點尤為突出。對于我國人均耕地不足0 1hm 2的現(xiàn)實來說,具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。并且,土渠改為管道,尤其是地埋管,有利于機械耕作。2.3 適時適量灌溉,縮短灌溉周期,省工、省時管道輸水灌溉比土渠輸水快、供水及時,可縮短輪灌周期,改善田間灌水條件,有利于適時適量灌溉,從而及時有效的滿足作物生長期的需水要求。特別是在作物需水關(guān)鍵期。土渠灌溉往往因為輪灌周期長,灌水不及時,而影

5、響作物生長造成減產(chǎn),管道輸水灌溉較好的克服了這一缺點,從而起到了增產(chǎn)增收的效果。管道代替土渠之后,避免了跑水漏水,節(jié)省管理用工,在渠灌區(qū),省工的優(yōu)點將更加明顯。2.4 成本低,效益高試驗表明,在機井或提水站供水的情況下,管道灌溉比渠灌減少能耗30%以上;管道輸水灌溉由于是有壓供水,可適應(yīng)各種地形,使原來土渠難以達到灌溉的耕地是灌溉,擴大灌溉面積;在已有機泵的條件下,采用移動式聚乙烯軟管灌溉,每公頃投資7590元,可使用2a 左右;半固定式管道系統(tǒng)每公頃造價600900元。通過擴大灌溉面積或增加灌水次數(shù),且灌水適時,因而一般干旱年份可增產(chǎn)20%左右2。2.5 適應(yīng)性強,便于推廣管道灌溉設(shè)備比較簡

6、單,技術(shù)容易掌握、運用、51 網(wǎng)上投稿信箱:jj hhu.e 網(wǎng)址:htt p :!www.watere 電話:025 *管理較為方便。地面軟管可以越溝、爬坡、跨溝和拐彎;硬塑料管埋在地下,可延緩老化年限,防止凍裂;水泥管則便于就地取材。對于不同的水源、作物、土壤及流量都有較強的適應(yīng)性。鑒于管道輸水灌溉的優(yōu)點,該項技術(shù)在我國已經(jīng)有了較大的發(fā)展。特別是20世紀80年代,隨著塑料工業(yè)的發(fā)展,質(zhì)量輕、長度大、輸水阻力小、施工簡便的塑料管道在輸水中得到了日益廣泛的應(yīng)用,更加促進了管道輸水這項節(jié)水工程技術(shù)的發(fā)展,特別是在滲漏損失大、干旱缺水的地區(qū)3。3 國內(nèi)外管道輸水灌溉技術(shù)的

7、發(fā)展概況3.1 國外管道輸水灌溉技術(shù)的發(fā)展概況管道輸水灌溉技術(shù)已成為世界上農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的一項關(guān)鍵技術(shù)。在美國,低壓管道灌溉被認為是節(jié)水最有效、投資最省的一種灌水技術(shù),全美近一半大型灌區(qū)實現(xiàn)了管道化4 5,干旱地區(qū)的考契拉(C VW D灌區(qū)鹽河(SRP灌區(qū)等,灌區(qū)支渠以下的輸水系統(tǒng)大部分均采取了地埋管道形式。美國還采用大口徑地面可移管道,一般為快速連接鋁制管材和塑料軟管,通過帶有閘管的管道輸水,可便于進行波涌灌溉。以色列的國家輸水管道工程堪稱國際一流,全國除個別偏遠山區(qū)外,全部實現(xiàn)輸水管網(wǎng)化。以色列全國的輸水管道連接了大多數(shù)地區(qū)的供水系統(tǒng),形成一個平衡的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可根據(jù)需要輸水、供水,且避免了在

8、輸水過程中因蒸發(fā)和滲漏而引起的損失。輸水管道不僅用于供水,在冬季和旱季還是以色列北方地區(qū)的排水管,使水重新進入地下水層,提高了水的回歸和再利用率,加速了以色列引、輸、灌水的自動化水平。日本早在20世紀80年代,就有一半以上的新建渠系實現(xiàn)了管道化5。舊灌區(qū)改造中發(fā)展管道輸水技術(shù)也很受一些國家的重視,如加拿大伯塔灌區(qū),灌溉水利用率由改造前的35%60%提高到75%,澳大利亞的倫馬克灌區(qū),改建地下管道后節(jié)約灌溉用水33%。發(fā)達國家的管道輸水灌溉有如下特點:多樣性,且質(zhì)量較好;管網(wǎng)多級性,由直徑大小不同的管道組成管網(wǎng),最大管徑可達3m;灌水利用系數(shù)較高;量水和自動控制技術(shù)先進,科學(xué)管理水平較高,計算機

9、控制在管道輸水灌溉中得到廣泛應(yīng)用。3.2 國內(nèi)管道輸水灌溉技術(shù)的發(fā)展概況我國自20世紀50年代開始嘗試低壓管道輸水灌溉技術(shù)的應(yīng)用,進入20世紀80年代后,隨著我國北方水資源供需矛盾的日益加劇和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展,在我國七五#期間,低壓管道輸水灌溉技術(shù)被列入重點科技攻關(guān)項目,在管道管材及配套裝置的研制上取得了一批成果。平原井灌區(qū)、渠灌區(qū)和提水灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)得以廣泛應(yīng)用,應(yīng)用推廣面積約520萬hm26。經(jīng)過七五#期間對關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān),以井灌區(qū)為重點的低壓管道輸水灌溉技術(shù)得到迅速推廣和應(yīng)用。到2003年底,全國低壓管道輸水灌溉面積已達448萬hm2,覆蓋全國25個省市自治區(qū),為緩解我國北方地區(qū)

10、農(nóng)業(yè)用水矛盾,實現(xiàn)井灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起到了十分重要的作用。我國低壓管道輸水灌溉具有以下特點:在低壓管道輸水灌溉面積中,移動軟管部分所占比例逐漸下降,半固定式、固定式部分所占比例快速上升。%井灌區(qū)塑料硬管所占比重大,南方地區(qū)預(yù)制管材發(fā)展較快。適應(yīng)低壓管道輸水灌溉的管材主要有塑料硬管、水泥預(yù)制管、現(xiàn)澆混凝土管及各種軟管。&經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)塑料硬管發(fā)展較快。如北京市的大興縣、上海市郊、河北省三河市和山東省威海市等,塑料硬管所占比很高。從地域分布上看,山東、河北、河南、山西4省低壓管道輸水灌溉發(fā)展面積占全國管灌面積的79 5%6。目前低壓管道輸水灌溉已由北方旱作區(qū)向南方水田區(qū)、由井灌區(qū)向提水灌區(qū)、由平原

11、區(qū)向丘陵山區(qū)發(fā)展。4 國內(nèi)低壓管道輸水灌溉技術(shù)存在問題及發(fā)展展望4.1 存在問題盡管近十幾年來管道輸水灌溉發(fā)展較快,但仍然存在很多問題值得研究,主要表現(xiàn)在以下6個方面:管道輸水灌溉工程的標準低。20世紀80年代初期大規(guī)模發(fā)展起來的數(shù)百萬公頃的管道輸水工程,是在邊研究邊推廣中發(fā)展的,從立項、設(shè)計、施工到驗收還缺乏嚴格規(guī)范的要求。%缺少大口徑管材、系列配套管件及附屬設(shè)備。我國還沒有專門生產(chǎn)農(nóng)用管道系列管件、管材及附屬設(shè)備的廠家,特別缺乏適合大型灌區(qū)發(fā)展管道輸水灌溉技術(shù)的大口徑管材,即使井灌區(qū)用的管材、管件也沒有形成系列化、規(guī)格化、標準化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。這一現(xiàn)狀直接影響了管道輸水灌溉技術(shù)的發(fā)展速度和工

12、程質(zhì)量。&工程規(guī)劃設(shè)計水平有待提高。管網(wǎng)系統(tǒng)投資在整個管道輸水系統(tǒng)中占的比重最大,特別是在大型灌區(qū),對管網(wǎng)進行總體優(yōu)化設(shè)計將會顯著降低工程投資,提高灌溉效益。提高田間工程的標準和配套程度。用給水栓或出水口向田間輸水壟溝灌水的配水裝置及配水技術(shù)尚未形成標準化、系列化的定型產(chǎn)品和技術(shù)。(在低壓管道輸水灌(下轉(zhuǎn)第69頁52網(wǎng)上投稿信箱:jjhhu.e 網(wǎng)址:htt p:!www.watere 電話:025 *5 旅游開發(fā)的資金保障淮安水利樞紐風(fēng)景區(qū)的功能作用有多種,惠及流域地區(qū)和全社會,因此,可采取靈活多樣的方式方法,動員全社會力量參與建設(shè)與管理。根據(jù)水利產(chǎn)業(yè)政策資金籌集的

13、原則規(guī)定,在保證水利資源統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度支配和有效保護的條件下,對水利資源實行資產(chǎn)化管理。在確保國有資產(chǎn)保值增值的條件下,從共贏思想出發(fā),創(chuàng)建多元化建設(shè)管理投融資模式,或股份合作,或委托經(jīng)營,或租賃承包等,并爭取水利旅游產(chǎn)品在價格、收費、稅收等方面優(yōu)惠政策的出臺,為淮安水利樞紐的旅游開發(fā)提供有力的資金保障。參考文獻1韓靜.水利部關(guān)于公布第四批國家水利風(fēng)景區(qū)的通知EB/OL.2004 07 112006 09 25http:/www.hwcc.2淮安市統(tǒng)計局.淮安市統(tǒng)計局關(guān)于2003年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的統(tǒng)計公報EB/OL.2004 04 202006 09 25 .3龔永泉.淮安建設(shè)運河文化

14、長廊#N.人民日報,200605 17(11.4何文恒.統(tǒng)籌人水和諧,發(fā)展現(xiàn)代水利,努力把水利風(fēng)景區(qū)建設(shè)與管理工作推動到新水平C/OL.2005 10 25 http:/www.m .(收稿日期:2006 09 25 編輯:徐廣生(上接第52頁溉技術(shù)上的投資目前還比較少,相對于以色列在90%以上的農(nóng)田實現(xiàn)了管道輸水的狀況,我國還需加大在這方面的投資。+雖然大口徑低壓管道在很多灌區(qū)已經(jīng)代替明渠輸水,但是由于運行管理的不到位,致使許多設(shè)備利用率較低,造成資源浪費,今后應(yīng)在這方面加大研究力度。4.2 展 望基于國內(nèi)外低壓管道輸水灌溉技術(shù)的發(fā)展狀況,對比我國目前發(fā)展此項技術(shù)存在的問題,筆者認為今后我國

15、低壓管道輸水灌溉技術(shù)研究的重點為以下5個方面:提高井灌區(qū)高標準管道輸水與田間灌水配套技術(shù)水平,包括數(shù)字化、自動化在管道輸水工程管理中的應(yīng)用技術(shù),特別是多級配水的自動控制和群井聯(lián)合調(diào)度技術(shù)等。%配套管件及其附屬設(shè)備的標準化、系列化、產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。研發(fā)較大口徑可移動輸水管材及快速連接管件,有助于這項最容易普及的管灌技術(shù)從井灌區(qū)向渠灌區(qū)擴展;新型管材管件的研制開發(fā),尤其是低成本高性能的高分子管材,而復(fù)合材料是高分子管材的主要發(fā)展方向。&研發(fā)低能耗、低投入、高效率的設(shè)備。從我國耕作地塊和林網(wǎng),以及井的流量小和土地經(jīng)營規(guī)模等條件來看,應(yīng)研發(fā)適應(yīng)國情并具有較好經(jīng)濟技術(shù)指標的適用設(shè)備,包括分水、量水、測壓設(shè)備

16、等。吸收國外先進經(jīng)驗,加強指導(dǎo)渠灌區(qū)大口徑管道輸水技術(shù)應(yīng)用與示范,全面發(fā)揮低壓輸水管道節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、增產(chǎn)等優(yōu)勢。(加強低壓管道輸水灌溉工程標準體系研究,包括設(shè)計標準、工程建設(shè)與驗收標準、運行管理標準等7。5 結(jié) 語渠灌區(qū)節(jié)水是我國農(nóng)業(yè)節(jié)水的重點。目前,我國井灌區(qū)低壓管道輸水灌溉技術(shù)已經(jīng)成熟,該技術(shù)推廣面積約占井灌區(qū)總面積的1/4,還有3/4適宜發(fā)展低壓管道輸水。我國目前農(nóng)田水利的主要任務(wù)是圍繞提高農(nóng)民的生活質(zhì)量、提高灌水效率、提高農(nóng)田自動控制程度等,用先進的科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化設(shè)施來改造農(nóng)田水利工程,不斷向現(xiàn)代化邁進。灌溉輸水管道化能夠?qū)崿F(xiàn)合理控制輸配水、減少耕地占用、降低灌溉用時,且效益高、

17、適用性強,應(yīng)該是農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水的主要措施。此外,迫切需要開展農(nóng)業(yè)高效用水投入機制、政策、法規(guī)及管理服務(wù)體系研究,以節(jié)約灌溉用水,促進低壓管道輸水灌溉技術(shù)的發(fā)展。參考文獻1白子韶.埋地高分子柔性管的受力形態(tài)分析研究EB/OL.2003 07 08.h ttp:/ singledbindex.aspx?ID=2.2周福國,高占義.渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)C/匡尚富,高占義,許迪.農(nóng)業(yè)高效用水灌排技術(shù)應(yīng)用研究.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:187.3陳志愷.中國水資源的可持續(xù)利用J.中國水利,2000(8:38 40.4薛克宗.國內(nèi)外壓力管道灌溉發(fā)展概況J.節(jié)水灌溉,2003(1:35 37.5吳景社

18、.國外節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢J.世界農(nóng)業(yè),2004(1:20 30.6劉群昌.低壓管道輸水灌溉技術(shù)發(fā)展回顧與展望C/匡尚富,高占義,許迪.農(nóng)業(yè)高效用水灌排技術(shù)應(yīng)用研究.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:156 161.(收稿日期:2006 09 26 編輯:梁志建69網(wǎng)上投稿信箱:jjhhu.e 網(wǎng)址:htt p:!www.watere 電話:025 *dents,and the innovation of water price,management measures and water saving system is helpful to the soluti

19、on to the shortage of water demand of urban residents. Keywords:water price;mathematical model;prediction of water demandAnalysis of change law of w ater consumption in Guangzhou C ity/W ANG Yan,et al(School of Civil En gineering,Guangzhou University,Guangzhou510006, ChinaAbstract:Combined with the

20、results of empirical dis patching modes in Guangzhou City,the change law as well as its internal and external factors of water consump tion is analyzed from the macroscopic viewpoint.The change la w of water consumption on different festivals and holidays and at different work periods is analyzed.It

21、 will provide basis for the optimum dispatching so as to reach the goal of saving energy sources and raising production and economic benefits.Keywords:change law of water consumption;factor; festival and holiday;analysis of water consumption Necessity of establishment of w ater bank for the mid dle

22、route of South to North Water Transfer Project/ ZHANG Yu,et al(School of Urban and Environmental Sciences,Northeast Normal University,Changchun 130024,ChinaAbstract:With regard to the situation of the middle route of South to North Water Transfer Project,that is,large scope,many users,non uniform sp

23、atiotemporal distribu tion of water resources and large periodic change of hy drology,the necessity of establishment of water bank for the middle route of South to North Water Transfer Project is analyzed by use of the successful experience from water transfer projects in California of USA.Efficient

24、 dispatch ing modes and advanced management system of water re sources are needed.Keywords:water bank in California;South to North Wa ter Transfer Project;circulation of water rightW ater right conflicts of underground water and their coordination mechanism/RONG Li li,et al(Economics and Manage ment

25、 College,Shandong Agricultural Univer sity,Tai,an271018,ChinaAbstract:With the increase of underground water de mand,the water right conflicts have gradually increased. The reason lies in that the water right of underground wa ter and the e xternal property right during the utilization are not defin

26、itely determined,and the corresponding trad ing mechanism of water right is not available.Therefore, through the definite determination of the initial water right and external property right of underground water,a ratio nal trading mechanism is established so as to solve the wa ter right conflic ts,

27、raise the efficiency of water utiliza tion and realize the optimum allocation of underground wa ter resources.Keywords:underground water;wa ter right;water right conflict;e xternality;trading mechanismReview of the development of water saving irrigation technology by use of low pressure pipes/LIANG

28、Chun lin,e t al(College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology,Beijing100022,Chi naAbstract:The advantages of irrigation by use of lo w pres sure pipes are reviewed.Through the analysis of the de velopment and experience at home and aboard,the exist ing problems in C

29、 hina are presented,and the development trend or fields in future are put for ward so as to provide basis for further popularization and application of the irri gation technology.Keywords:agricultural irrigation;water saving technolo gy;lo w pressure pipeStraw coverage technology in farmlands and it

30、s devel opment trend/LI U Yu han,et al(Modern Agricultural Education Dept.,Hohai University,Nanjing210098, ChinaAbstract:The characteristics of stra w coverage technolo gy are analyzed.The up to date development and trends of straw coverage technology at home and abroad are dis cussed.The disadvanta

31、ges and research e mphasis in fu ture are pointed out,and the prospect of its application is put forward.Keywords:stra w coverage;up to date development;de velopment trendPersistence of comprehensive treatment and enhance ment of w aterlog control criteria/SU Ya,et al(Suzhou Water Resources Bureau of Anhui Province,Suz