大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用

主講人：劉群昌

大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用

主講人：劉群昌

一 概述

1.背景

大型灌區(qū)是我國重要的農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)基地和商品糧、棉、油基地，是農(nóng)業(yè)、農(nóng)村乃至國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是廣大農(nóng)民增收致富、改善生活、提高生活質(zhì)量的重要支撐條件。但目前大型灌區(qū)普遍存在著工程標(biāo)準(zhǔn)偏低、設(shè)施老化失修嚴(yán)重、用水管理水平落后、灌溉水利用效率較低等問題，已不能適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，成為阻礙農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力提高、影響國家糧食安全乃至國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。

黨中央和國務(wù)院高度重視灌溉事業(yè)的發(fā)展，在《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》中，明確將大型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水技術(shù)改造作為建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重點(diǎn)任務(wù)之一。2011年中央一號文件《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》也明確指出，到2020年基本完成大型灌區(qū)、重點(diǎn)中型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造任務(wù)。灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造的核心是以節(jié)水增效為中心，以新技術(shù)、新材料、新裝備來改造傳統(tǒng)灌區(qū)，提升大型灌區(qū)的科技含量，促進(jìn)灌區(qū)用水方式和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，達(dá)到提高灌溉水的利用效率和水分利用效率，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置和高效利用的目標(biāo)，為國民經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)繁榮和生態(tài)環(huán)境改善提供支撐與保障。

2.新技術(shù)推廣應(yīng)用存在的問題與障礙

農(nóng)業(yè)節(jié)水科技進(jìn)步與創(chuàng)新是支撐大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水技術(shù)改造任務(wù)順利實(shí)施的重要條件之一。盡管各地對灌區(qū)新技術(shù)的推廣應(yīng)用比較重視，但由于諸多原因，新技術(shù)推廣應(yīng)用仍然存在一些問題與障礙，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

一是缺乏長效推廣機(jī)制和獎勵措施。目前，農(nóng)村水利方面沒有建立一種激勵機(jī)制,鼓勵技術(shù)進(jìn)步,同時也沒有建立推廣新技術(shù)和淘汰落后的工藝方法等制約機(jī)制。

二是科研經(jīng)費(fèi)投入不足，研究團(tuán)隊不穩(wěn)，延續(xù)性差，核心技術(shù)成果缺乏創(chuàng)新性，主要產(chǎn)品科技含量較低，產(chǎn)業(yè)化及市場競爭能力較弱。

三是研究和應(yīng)用脫節(jié)，推廣經(jīng)費(fèi)不足，體系不健全，政策法規(guī)不配套，機(jī)制不完善、高效節(jié)水灌溉研究成果推廣轉(zhuǎn)化工作嚴(yán)重滯后，技術(shù)成果轉(zhuǎn)化周期長。

四是工程投資標(biāo)準(zhǔn)偏低，新技術(shù)應(yīng)用的成本一般高于傳統(tǒng)技術(shù)，因此設(shè)計單位因總投資限制盡量避免采用，建設(shè)單位因經(jīng)濟(jì)利益不愿使用。

五是培訓(xùn)不及時，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更新慢，影響了使用者的積極性。

二 先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用

1.工程規(guī)劃設(shè)計理念的變化與更新

（1）現(xiàn)代化灌區(qū)與現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的概念

聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO 1997）對灌溉現(xiàn)代化的定義是“與體制、制度改革相結(jié)合，在技術(shù)上與管理上改進(jìn)與提高灌溉系統(tǒng)的過程；其目標(biāo)是改進(jìn)對勞動力資源、水資源、經(jīng)濟(jì)資源和環(huán)境資源的利用，以及改進(jìn)對農(nóng)民的配水服務(wù)”。

鑒于節(jié)水在我國的突出重要性，以及過去對生態(tài)環(huán)境問題的忽視，為強(qiáng)調(diào)節(jié)水與環(huán)境，中國工程院院士茆智提出了現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)理念：現(xiàn)代化是一個過程，應(yīng)與時俱進(jìn)，符合21世紀(jì)中國的國情和時代精神。現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)堅持以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀，立足創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境協(xié)調(diào)，運(yùn)用高科技，遵循社會主義市場經(jīng)濟(jì)原則。

（2）工程規(guī)劃設(shè)計應(yīng)加入現(xiàn)代化灌區(qū)與現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的理念

根據(jù)現(xiàn)代化灌區(qū)與現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)的概念，新的工程規(guī)劃設(shè)計應(yīng)加入這些現(xiàn)代的理念，主要包括：與現(xiàn)代化節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)目標(biāo)相符合，按“總量控制、定額管理”確定規(guī)模，兼顧工程技術(shù)與管理技術(shù)，適度信息化，兼顧生態(tài)、美觀與安全，與田間發(fā)展高效節(jié)水要求相協(xié)調(diào)。

（3）應(yīng)用實(shí)例——高郵灌區(qū)改造的生態(tài)實(shí)踐

高郵灌區(qū)節(jié)水改造堅持節(jié)水與生態(tài)統(tǒng)籌，在生態(tài)方面，以不影響微生物繁衍與水體自凈能力、不影響動物棲息與生存活動、不影響水源水質(zhì)與水土保持、不影響人居環(huán)境與景觀效應(yīng)等為目標(biāo)。

在渠道結(jié)構(gòu)上，采取護(hù)坡不護(hù)底，渠底采用黏土夯實(shí)與碾壓，保持土壤與水體的通透，增強(qiáng)水體自凈能力，保持生物生存環(huán)境；緩坡作緩沖，渠道兩岸設(shè)立緩坡，形成復(fù)式斷面，不作襯砌，布置植被作為動物微生物活動的緩沖地帶；岸墻留孔眼，適當(dāng)布設(shè)動物出入孔洞；分段設(shè)通道，每隔100m設(shè)一道生態(tài)型動物逃逸通道。

從高郵灌區(qū)改造的效果看，改造之處人居環(huán)境變得優(yōu)美，集鎮(zhèn)環(huán)境變得靚麗，水利環(huán)境變得友好，社會環(huán)境變得和諧。

2.工程建設(shè)與改造中新材料的推廣應(yīng)用

（1）渠道防滲材料與建筑物修復(fù)材料

納米基混凝土改性劑：能夠提高混凝土的抗?jié)B性30%以上，并顯著改善混凝土的抗凍性和耐久性。

改性瀝青混凝土：高抗裂，韌性好，防凍效果明顯，適用于寒冷地區(qū)渠道防滲。

聚丙烯纖維混凝土：聚丙烯纖維對混凝土的性能增強(qiáng)效果比較明顯，聚丙烯纖維混凝土具有防止或減少混凝土裂縫、提高變形能力和耐久性等優(yōu)點(diǎn)。

膨潤土防水毯：膨潤土防水毯是一種新型的復(fù)合土工合成材料，簡稱GCL。膨潤土防水毯是利用膨潤土的膨脹性防滲、利用土工織物來承載和護(hù)面的結(jié)構(gòu)形式，與土工膜同屬土工合成材料，在渠道防滲應(yīng)用中除具有土工膜的所有優(yōu)點(diǎn)外，還具有自愈合功能，抗張應(yīng)變、抗干濕循環(huán)和抗凍融循環(huán)的能力強(qiáng)，比土工膜搭接方便，鋪設(shè)簡單，施工速度快。

復(fù)合土工膜：渠道防滲工程目前最常用的復(fù)合土工膜是以塑料薄膜作為防滲基材，與無紡布復(fù)合而成的土工防滲材料，有一布一膜、兩布一膜等。該材料利用塑料薄膜防滲，利用無紡布增加其抗拉強(qiáng)度和抗穿刺能力。由于無紡布表面粗糙，增大了接觸面的摩擦系數(shù)，有利于復(fù)合土工膜及保護(hù)層的穩(wěn)定，并具有豎向防滲、水平導(dǎo)水的性能。

石油瀝青聚氨酯接縫材料 （PTN）：具有黏結(jié)力強(qiáng)(1.0MPa)、斷裂伸長率高（不小于 800%）、耐溫性好（－40℃不脆裂、+70℃不流淌）、耐老化、無毒、無環(huán)境污染、價格較低、適應(yīng)潮濕界面以及常溫下施工等優(yōu)點(diǎn)，止水性能好，施工方便。

噴涂用聚脲彈性體：用于渠道及建筑物裂縫修復(fù)。聚脲彈性體材料具有無毒、綜合性力學(xué)性能優(yōu)異、不透水性良好、低溫柔性好、快速固化、對環(huán)境條件要求較低、耐水、耐化學(xué)腐蝕及耐老化等性能。

模袋混凝土：模袋混凝土是把流動性混凝土與砂漿或粉煤灰用泵壓入由高強(qiáng)度尼龍絲編織而成的雙層模袋內(nèi),形成高密度、高強(qiáng)度、大面積的整體。因其具有較好的抗凍性能和護(hù)坡性能，西北寒冷地區(qū)襯砌渠道中應(yīng)用前景廣闊。

（2）新型管道輸水管材

大口徑管材與管件其投資約占總工程投資的70%～80%，因此渠灌區(qū)管道輸水灌溉的發(fā)展，必須首先研制開發(fā)適合我國國情的優(yōu)質(zhì)低價農(nóng)用高分子管道與管件，以推動我國渠灌區(qū)節(jié)水灌溉事業(yè)的發(fā)展。

PCCP管：PCCP管為預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的簡稱，最早由法國邦納（Bonna）公司研制。因PCCP管承壓能力高，口徑大，接頭密封性可靠，對地基適應(yīng)性好，耐腐蝕性與耐久性強(qiáng)，適用于骨干輸水工程。PCCP管的缺點(diǎn)是重量大、運(yùn)輸費(fèi)較高、輸水阻力相應(yīng)較大。生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)為JC 625—1996《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》。

玻璃鋼夾砂管：玻璃鋼夾砂管主要由合成樹脂和玻璃纖維復(fù)合制成，具有結(jié)構(gòu)合理，承壓能力強(qiáng)，重量輕，內(nèi)表光滑、糙率低，管段長，接頭少等特點(diǎn)，可用于輸水干渠的管道化改造。生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)為CJ/T 3079—1998《玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管》。

大口徑纏繞管：該管材綜合利用了塑料和鋼材這兩種材料的各自優(yōu)點(diǎn)，管材內(nèi)層為塑料，表面平整光滑，具有良好的密封、耐磨、耐腐蝕及抗震性能；外表面根據(jù)使用場合與環(huán)剛度的不同要求，嵌有不同類型與數(shù)量的鋼帶，在塑料型材上采用鍍鋁鋅鋼帶或包塑鋼帶進(jìn)行結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，既保證了管道的耐腐蝕性能，又提高了管道環(huán)剛度，確保管道在埋地環(huán)境中能夠長期使用。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)為《大型螺旋塑料管道輸水工程技術(shù)規(guī)范》（已報批）。

PE加筋管：將高強(qiáng)度金屬筋材與熱塑性塑料有機(jī)地復(fù)合為一體，充分發(fā)揮了金屬和塑料各自理化、力學(xué)優(yōu)點(diǎn)，性能互補(bǔ)，形成一種同時具有鋼管與塑料管優(yōu)點(diǎn)的新型管材。生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 23241—2009《灌溉用塑料管材和管件基本參數(shù)及技術(shù)條件》。

3.新工藝、新設(shè)備的推廣應(yīng)用

工藝包括渠道的襯砌結(jié)構(gòu)、形式等，新設(shè)備包括渠道施工所需的裝配式建筑物預(yù)制機(jī)、大型渠道襯砌機(jī)和U形渠道襯砌機(jī)。

（1）渠道防滲防凍脹新型結(jié)構(gòu)形式

混凝土板+置換材料，渠底采用透水材料防護(hù)防滲結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)形式具有防凍脹和渠底防沖、排水等作用，渠低適應(yīng)凍脹變形能力強(qiáng)，一般適用于季節(jié)性凍土地區(qū)、地下水水位較高、渠道縱坡較大的大中型渠道。

混凝土板+膜料+置換材料，或混凝土板+膜料+聚苯板，渠底采用膜料防滲，土料保護(hù)層防護(hù)：這種結(jié)構(gòu)形式防滲、防凍脹效果好，投資較少，一般適用于季節(jié)性凍土地區(qū)、地下水水位較低、渠道縱坡較小、寬淺式的大中型渠道。

膨潤土防水毯+土料保護(hù)層：這種結(jié)構(gòu)形式防滲防凍脹效果好，投資較少，一般比混凝土板+膜料+聚苯板結(jié)構(gòu)形式投資可以降低約30%。適用于凍脹破壞比較嚴(yán)重的地區(qū)、渠道縱坡較小的大中型渠道。

弧底梯形預(yù)制混凝土板+膜料防滲結(jié)構(gòu)：弧底梯形是一種能夠適應(yīng)凍脹變形的渠道斷面形式，渠道弧底一般采用現(xiàn)澆混凝土，適用于渠基凍脹變形較小的中小渠道防滲防凍脹。但是，有的灌區(qū)所處地區(qū)冬季寒冷，不宜施工，春、夏、秋季渠道停水時間很短，不能滿足現(xiàn)澆混凝土襯砌渠道的時間要求，使其推廣應(yīng)用受到很大限制。采用全斷面預(yù)制混凝土板+膜料防滲結(jié)構(gòu)，不僅具有很好的防滲防凍脹效果，又克服了現(xiàn)澆混凝土渠底需要時間較長的缺點(diǎn)。

改性瀝青混凝土預(yù)制板防滲結(jié)構(gòu)：針對小型渠道現(xiàn)場澆筑改性瀝青混凝土，其彎曲部位瀝青混凝土的壓實(shí)密度難以保證，尤其曲率半徑較小的結(jié)構(gòu)，難以應(yīng)用現(xiàn)有的碾壓設(shè)備壓實(shí)，使用振動夯難以保證壓實(shí)曲面的光滑，影響工程質(zhì)量問題，研制了在平面上壓實(shí)板材后再彎曲成型，現(xiàn)場鋪裝、灌縫處理成型的施工工藝。

包心加筋結(jié)構(gòu)：加筋包心結(jié)構(gòu)利用了土在側(cè)向變形受約束條件下其承載能力提高的原理，通過加筋材料和兩側(cè)土工包對包心結(jié)構(gòu)體內(nèi)土體約束，使分散土體形成穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。當(dāng)各穩(wěn)固的單元結(jié)構(gòu)豎向疊加在一起時，就組成了一個柔性的重力支擋結(jié)構(gòu)——貼坡式加筋擋土墻，用于處理渠道邊坡問題。

（2）施工新技術(shù)和方法的推廣應(yīng)用

我國渠道防滲施工目前正向半機(jī)械化及機(jī)械化施工方向發(fā)展，U形混凝土襯砌渠道已研制開發(fā)了系列的小型渠槽開挖機(jī)和混凝土襯砌機(jī)，大中型U形渠道襯砌采用噴射法混凝土施工和預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的方法，并研制開發(fā)了多種渠道襯砌預(yù)制塊壓塊機(jī)和混凝土襯砌機(jī)。這些工程機(jī)械設(shè)備的研制和應(yīng)用，對提高襯砌與防滲工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、降低工程造價和提高工程效益起到了良好的作用，使我國渠道襯砌與防滲工程施工技術(shù)向半機(jī)械化和機(jī)械化方向邁出了可喜的一步。

4.綜合技術(shù)的集成與相互結(jié)合

大型灌區(qū)的發(fā)展涉及多方面的因素，需要采取綜合措施?！笆晃濉逼陂g，啟動了國家科技支撐計劃項目“大型農(nóng)業(yè)灌區(qū)節(jié)水改造工程關(guān)鍵支撐技術(shù)研究”，通過8個方面的技術(shù)集成，構(gòu)建了大型灌區(qū)節(jié)水改造工程技術(shù)體系。

①灌區(qū)診斷評價技術(shù)與方法及節(jié)水改造標(biāo)準(zhǔn)體系研究成果包括灌區(qū)狀況診斷評價技術(shù)與方法，大型灌區(qū)狀況診斷系統(tǒng)，大型灌區(qū)節(jié)水改造標(biāo)準(zhǔn)體系及大型灌區(qū)節(jié)水改造綜合診斷評價專家決策系統(tǒng)。

②灌區(qū)田間節(jié)水改造技術(shù)集成模式研究成果包括噴灌技術(shù)區(qū)域適應(yīng)性評價及集成模式，微灌技術(shù)集成模式，精細(xì)地面灌溉技術(shù)集成模式，水稻高效灌溉技術(shù)集成模式及末級渠系改造技術(shù)模式與標(biāo)準(zhǔn)。

③灌區(qū)輸水技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)成果包括渠系及建筑物老化診斷技術(shù)以及防治與修復(fù)技術(shù)，渠道防滲抗凍脹新材料及鋪設(shè)施工技術(shù)，渠灌區(qū)管道輸水灌溉技術(shù)模式等。

④灌區(qū)用水管理及量水技術(shù)與產(chǎn)品成果包括末級渠道量控水設(shè)備與量水建筑物標(biāo)準(zhǔn)化，灌區(qū)用水動態(tài)管理信息采集、傳輸技術(shù)與產(chǎn)品，基于RS和GPS的數(shù)字灌區(qū)渠系特征計算機(jī)識別技術(shù)，灌區(qū)動態(tài)配水模擬仿真技術(shù)與群決策支持模型，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的灌溉用水實(shí)時調(diào)度與測控系統(tǒng)及灌區(qū)用水管理信息化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)體系。

⑤灌區(qū)地下水開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)成果包括灌區(qū)地下水承載力評價指標(biāo)體系與方法，灌區(qū)地下水開采模式、機(jī)井診斷修復(fù)技術(shù)，灌區(qū)地下水最優(yōu)管理模式及動態(tài)觀測可視化平臺，灌區(qū)地下水與地表水聯(lián)合利用技術(shù)與優(yōu)化運(yùn)行模式，不同成井條件下的適宜井型結(jié)構(gòu)與成井工藝及灌區(qū)地下水開發(fā)利用技術(shù)模式與集成。

⑥灌區(qū)農(nóng)田排水與再利用關(guān)鍵技術(shù)成果包括農(nóng)田澇漬災(zāi)害防治技術(shù)，節(jié)水灌溉條件下農(nóng)田水鹽動態(tài)調(diào)控技術(shù)，農(nóng)田控制排水技術(shù)，農(nóng)田排水再利用技術(shù)及農(nóng)田暗管排水新產(chǎn)品與施工工藝。

⑦灌區(qū)大型泵站改造關(guān)鍵技術(shù)成果包括泵站技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)體系及其綜合評價方法，泵站工程老化及設(shè)備故障診斷方法，泵站系統(tǒng)模擬仿真及測試技術(shù)，泵站系統(tǒng)優(yōu)化配置與運(yùn)行管理技術(shù)及泵站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

⑧灌區(qū)節(jié)水改造環(huán)境效應(yīng)及評價方法成果包括灌區(qū)節(jié)水改造對農(nóng)田水循環(huán)與生態(tài)的影響，灌區(qū)節(jié)水改造對農(nóng)業(yè)水土環(huán)境的影響，灌區(qū)節(jié)水改造對水肥利用率的影響及其調(diào)控技術(shù)，灌區(qū)節(jié)水改造環(huán)境效應(yīng)評價方法及基于生態(tài)健康和環(huán)境友好的灌區(qū)節(jié)水改造模式。

5.工程管理技術(shù)的發(fā)展

工程管理技術(shù)是灌區(qū)管理現(xiàn)代化的組成部分，隨著灌區(qū)現(xiàn)代化的進(jìn)程而發(fā)展。主要是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化為主要特征的信息化作為手段和途徑，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理所需的水情、墑情、工情等信息的采集、傳輸、存儲、處理與分析的自動化?，F(xiàn)成熟的成果有：太陽能自控閘門、微功耗水位計、低成本低功耗的適用于明渠量水的超聲波水位傳感器、基于IP的灌溉用水?dāng)?shù)據(jù)采集設(shè)備、低成本小型移動式量水裝置、IC卡智能取水裝置等。

三 建議

為了推進(jìn)新技術(shù)、新材料、新工藝在灌區(qū)的應(yīng)用，建議：一是充分發(fā)揮政府主管部門的主導(dǎo)性，組織相關(guān)專家完成新技術(shù)的評審，制定水利部灌區(qū)新技術(shù)推廣目錄。二是加強(qiáng)宣傳，提高認(rèn)識，增強(qiáng)相關(guān)人員推廣和采用新技術(shù)的自覺性；完善技術(shù)推廣機(jī)制，提高應(yīng)用單位的積極性。三是加強(qiáng)科研單位與灌區(qū)管理單位的互通，促使科研為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)，促進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化；四是針對灌區(qū)需要，加強(qiáng)技術(shù)研究和示范；五是整合各方面力量，建立技術(shù)信息發(fā)布與轉(zhuǎn)化平臺；六是充分發(fā)揮各類協(xié)會的作用，加強(qiáng)灌區(qū)之間的交流和參觀；七是加大技術(shù)應(yīng)用的投入和人才的培訓(xùn)。

（主講人簡介：劉群昌，中國水利水電科學(xué)研究院教授級高級工程師，主要從事灌溉工程技術(shù)研究。）

責(zé)任編輯 邵自平