灌溉輸水管道現(xiàn)狀及發(fā)展需求

白 靜，謝崇寶

(中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054)

管道輸水和渠道輸水是灌溉輸水工程中最為重要的形式。與渠道輸水的方式相比，管道輸水的水利用系數(shù)更高，一般比土渠輸水節(jié)水約30%，比砌石防滲渠道節(jié)水15%左右[1,2]，管道輸水灌溉以其成本低、節(jié)水明顯、技術(shù)簡(jiǎn)便易行等特點(diǎn)，已成為世界許多發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展灌溉優(yōu)先選用的技術(shù)措施之一。美國(guó)加州圣華金河谷灌區(qū)支渠以下的輸水系統(tǒng)在1996年就全部實(shí)現(xiàn)管道化，控制面積為24.67 萬(wàn)hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.97。前蘇聯(lián)、日本、澳大利亞、以色列等國(guó)家也大面積發(fā)展管道輸水灌溉，并有采用管道逐步代替明渠的發(fā)展趨勢(shì)。目前在我國(guó)管道是井灌區(qū)首選的輸水方式，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者已經(jīng)研究了在渠灌區(qū)推廣管道輸水的可能性[3]，并在陜西、河北、河南、新疆等地開(kāi)始試點(diǎn)應(yīng)用[4-6]。

1 灌溉管道的分類(lèi)

關(guān)于管道分類(lèi)方法，我國(guó)灌溉領(lǐng)域也進(jìn)行了一些有益的探索。劉群昌介紹了低壓管道輸水工程中塑料管道、現(xiàn)澆管道和預(yù)制管道等3種管材的基本參數(shù)[7]。張華等人[8]從塑料管材和金屬管材2個(gè)方面著手，對(duì)應(yīng)用于節(jié)水灌溉中的管材進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和總結(jié)。針對(duì)低壓管道輸水形式，劉群昌[9]系統(tǒng)介紹了薄壁PVC管以及可用于替換渠道的大口徑雙壁螺旋塑料管。

目前，管道的分類(lèi)主要有兩種方法：按照材質(zhì)和壓力分類(lèi)，其中按照材質(zhì)分類(lèi)是管道主要的分類(lèi)方法。管道按照是否加壓分為無(wú)壓管道和壓力管道。壓力管道是指輸送的液體氣體等介質(zhì)在加壓的狀態(tài)下運(yùn)行的管道的統(tǒng)稱(chēng)，一般以大氣壓力表示，根據(jù)工作壓力不同，可分為低壓、中壓和高壓等不同壓力等級(jí)的管道[10]。分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)行業(yè)的管道設(shè)計(jì)壓力范圍有關(guān)[11,12]。在灌溉中涉及壓力管道的灌溉形式主要有低壓管道輸水灌溉、噴灌、微灌等?？紤]到管道的設(shè)計(jì)壓力范圍，參照現(xiàn)有的塑料管道按照壓力分類(lèi)的方法[13]，按照管道公稱(chēng)壓力可以分為：低壓管道(p≤0.4 MPa)、中壓管道(0. 4 MPa1.0 MPa)，具體見(jiàn)表1。

表1 不同行業(yè)內(nèi)壓力管道的分類(lèi)

根據(jù)灌溉用管道材質(zhì)的不同，可以分為塑料管道、金屬管道、水泥類(lèi)管道和復(fù)合管道?？紤]管道基質(zhì)材料的重大不同，將復(fù)合管道分為非生物基質(zhì)復(fù)合管道和生物基質(zhì)復(fù)合管道。具體分類(lèi)見(jiàn)圖1。

圖1 灌溉管道按照材料分類(lèi)圖

1.1 塑料管道

塑料管道是采用熱塑性或者熱固性樹(shù)脂制作的管道的統(tǒng)稱(chēng)。塑料管道具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、內(nèi)壁光滑不結(jié)垢、施工和維修簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，塑料管道在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。根據(jù)《中國(guó)塑料管道行業(yè)要“十三五”期間(2016-2020)發(fā)展建議》中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，塑料管道在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用量最大，2015年應(yīng)用比例占塑料總產(chǎn)量的29.0%[14]。

(1)按照塑料管道材質(zhì)分類(lèi)。塑料管道中三大主流管道為：聚氯乙烯(PVC)管、聚乙烯(PE)管和聚丙烯(PP)管等，分別占塑料管道總量的55%，30%和10%。灌溉用塑料管道通常為PVC管道和PE管道。

PVC管道以氯乙烯樹(shù)脂單體為主，加入必要的添加劑，用擠出成型法制成的熱塑性塑料圓管，具有一定的耐腐蝕性能，一般用于常溫介質(zhì)的管道。1936年德國(guó)開(kāi)始開(kāi)發(fā)使用PVC管材[15]，我國(guó)從20世紀(jì)60年代引入PVC管道，最初主要用于化工領(lǐng)域，輸送帶腐蝕性的流體[16]。根據(jù)其性能改進(jìn)情況，PVC管道分為PVC-U管道、PVC-M管道、PVC-O管道[17]，其各自特點(diǎn)見(jiàn)表2。在灌溉中一般選用PVC-U管道。在低壓管道輸水灌溉中也可選用薄壁PVC管。薄壁PVC管[6,8,18]的工作壓力為0.2 MPa，單位長(zhǎng)度原料比普通PVC-U管降低約40%，單價(jià)降低約30%，依靠管材-土壤系統(tǒng)的組合強(qiáng)度，薄壁管材有足夠的承壓能力，在一般埋設(shè)條件下，其長(zhǎng)期變形率可維持在5%以?xún)?nèi)。

表2 PVC管道分類(lèi)及其特點(diǎn)

聚乙烯塑料(PE)管是指以聚乙烯樹(shù)脂單體為主，加入必要的添加劑，用擠出成型法制成的熱塑性塑料圓管。PE管具有良好的低溫性能和韌性，可以在凍土層中使用。根據(jù)加工時(shí)壓力和密度的不同，可以分為低密度PE(LDPE)管、中密度PE(MDPE)管和高密度PE(HDPE)管[19]。高密度PE(HDPE)管耐高溫性能和機(jī)械性能好，低密度PE(LDPE)管的柔性更優(yōu)。

(2)按照斷面形式分類(lèi)。塑料管道按照斷面形式分為實(shí)壁管和結(jié)構(gòu)壁管。實(shí)壁管指任意橫截面為實(shí)心圓環(huán)的管道，而結(jié)構(gòu)壁管指對(duì)管道的斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)省材料、滿(mǎn)足使用要求的管道，例如芯層發(fā)泡管、波紋管、纏繞管和加筋(肋)管等[20]。在灌溉中常用的塑料結(jié)構(gòu)壁管包括PVC-U波紋管、PVC-U加筋管和PE波紋管，見(jiàn)圖2。其中PVC-U結(jié)構(gòu)壁管一般用于工作壓力不大于0.2 MPa的低壓輸水灌溉工程[13,21,22]，而大口徑雙壁波紋PE管則可用于渠灌區(qū)管道輸水工程[9,23]。

圖2 灌溉輸水塑料管道分類(lèi)(斷面形式)

1.2 金屬管道

金屬管道是用金屬材料制成的管道的統(tǒng)稱(chēng)，包括：鋼管(SP)和鑄鐵管等。鋼管按制作工藝分為焊接鋼管和無(wú)縫鋼管兩類(lèi)[10]。焊接鋼管是指由鋼板卷焊制作的鋼管，按焊縫形式分為螺旋焊接鋼管和直縫焊接鋼管兩種，見(jiàn)圖3。螺旋焊接鋼管一般采用埋弧焊接工藝，直縫焊接鋼管按焊接工藝不同分為直縫埋弧焊管和直縫高頻焊管。

圖3 鋼管的分類(lèi)

鑄鐵管道是用鐵水澆鑄的圓管的統(tǒng)稱(chēng)。按管道成型工藝可分為連續(xù)鑄鐵管和離心鑄鐵管，按照鐵水的質(zhì)量可以分為連續(xù)鑄造灰鐵管、連續(xù)鑄造球鐵管、離心鑄造灰鐵管和和離心鑄造球鐵管[24]，見(jiàn)圖4。其中以離心鑄造球鐵管性能最優(yōu)，簡(jiǎn)稱(chēng)球墨鑄鐵管，指由經(jīng)過(guò)球化和孕育處理的優(yōu)質(zhì)鐵水采用離心澆鑄制作的圓管。西方發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)60年代開(kāi)始逐漸淘汰了普通灰口鑄鐵管并開(kāi)始采用了球墨鑄鐵管，我國(guó)1985年開(kāi)始從德國(guó)、美國(guó)等引進(jìn)了水冷金屬型離心鑄管技術(shù)及設(shè)備，開(kāi)始生產(chǎn)球墨鑄鐵管[8]。球墨鑄鐵管具有較高的強(qiáng)度、較好的韌性和防腐性能。

圖4 鑄鐵管的分類(lèi)

由于受到成本的限制，在節(jié)水灌溉工程中鑄鐵管和鋼管一般用于不具備埋地條件下的山丘區(qū)、灌溉系統(tǒng)的首部、閘閥連接處和骨干引水管，不適用于田間輸配水系統(tǒng)。鋼管也用來(lái)制造大型噴灌機(jī)組[8]。

1.3 水泥類(lèi)管道

水泥類(lèi)管道分為混凝土管、鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管和石棉水泥管等[10]。其共同的優(yōu)點(diǎn)為耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，但這類(lèi)管材脆性大，管壁厚，重量大，運(yùn)輸安裝不便，一般用于流量較大的輸水管道。在壓力較小時(shí)選用混凝土管，壓力較大時(shí)采用鋼筋混凝土管和鋼筋筒混凝土管。石棉水泥管是用石棉纖維和水泥抄取成型的圓管，由于其抗沖擊能力差、管徑較小，灌溉中已很少使用。

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)廣泛應(yīng)用于市政、電力、水利等工程項(xiàng)目中。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是由帶鋼筒的高強(qiáng)混凝土管芯在纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲后，再?lài)娡恳运嗌皾{保護(hù)層制成的新型管材。按照工藝可以分為兩類(lèi)[25-27]：內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPL)和埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPE)。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在國(guó)外已有近80年的歷史[28]，1939年P(guān)CCP管最早由法國(guó)邦納(Bonna)公司研制，并敷設(shè)于巴黎郊區(qū)。1942年美國(guó)開(kāi)始研究生產(chǎn)內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPL)。1952年開(kāi)始生產(chǎn)埋置式管。我國(guó)PCCP管的研制、生產(chǎn)起步較晚[29]，1984年研制了直徑600 mm的PCCP管并在工程中成功試用。21世紀(jì)開(kāi)始引進(jìn)、生產(chǎn)和應(yīng)用大口徑的PCCP管，如南水北調(diào)工程北京段使用了直徑4 m的PCCP管[25]，表明其可以用于需長(zhǎng)距離輸水的灌溉工程。美國(guó)土木工程學(xué)會(huì)和材料學(xué)會(huì)認(rèn)定PCCP管使用壽命為100年[30]，其缺點(diǎn)為自重大，內(nèi)徑為4 m的管道每米重量達(dá)9 t以上[31]。

1.4 非生物基質(zhì)復(fù)合管道

非生物基質(zhì)復(fù)合管道指?jìng)鹘y(tǒng)意義上的復(fù)合管，是用兩種或兩種以上材料生產(chǎn)成的管壁結(jié)構(gòu)管道的統(tǒng)稱(chēng)。如玻璃鋼管、玻璃鋼夾砂管、鋼塑管、塑玻管等屬于非生物基質(zhì)復(fù)合管。灌溉工程中常用的非生物基質(zhì)復(fù)合管有玻璃鋼管和玻璃鋼夾砂管等。

玻璃鋼管(FRP)是由玻璃纖維和不飽和聚酯樹(shù)脂等組成的復(fù)合管道，也稱(chēng)為玻璃纖維增強(qiáng)塑料管。由于玻璃鋼中的連續(xù)纖維拉伸強(qiáng)度和彈性模量較高，其機(jī)械強(qiáng)度可以達(dá)到或超過(guò)普通碳鋼的水平，但密度遠(yuǎn)小于普通碳鋼[32]。按照制造工藝可以分為：纖維纏繞玻璃鋼管和離心澆筑玻璃鋼管[33]，其中纖維纏繞法比較常見(jiàn)。玻璃鋼復(fù)合管產(chǎn)生于20世紀(jì)40年代中期，70年代進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段，80年代我國(guó)引入了纏繞玻璃鋼管生產(chǎn)線(xiàn)[33]。

在玻璃鋼離心澆筑成型的過(guò)程中，對(duì)于高剛度要求的管材通過(guò)加砂提高剛度，而對(duì)于承受內(nèi)壓較高的管材不加砂。以玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，以不飽和聚酯樹(shù)脂等為基體材料，以石英砂及碳酸鈣等無(wú)機(jī)非金屬顆粒材料為填料，采用纏繞、離心澆鑄工藝方法制成的管道，稱(chēng)為玻璃鋼夾砂管或玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂(FRPM)管[34]。與玻璃鋼管相比，玻璃鋼夾砂管的成本低，其特點(diǎn)為：重量輕，內(nèi)壁光滑，耐腐蝕[31]。玻璃鋼夾砂管主要運(yùn)用于給排水工程、農(nóng)田灌溉等水利工程領(lǐng)域。

1.5 生物基質(zhì)復(fù)合管道

竹纏繞復(fù)合管道是一種以竹材作為增強(qiáng)材料、合成樹(shù)脂作為黏合劑，采用往復(fù)式機(jī)械纏繞工藝復(fù)合而成的具有較強(qiáng)抗壓能力的新型生物質(zhì)管道[35]，具有節(jié)能環(huán)保、資源可再生等優(yōu)勢(shì)。竹纏繞復(fù)合管沿管徑方向，由內(nèi)到外依次為內(nèi)襯層、增強(qiáng)層和外防護(hù)層(見(jiàn)圖5)。內(nèi)襯層防止內(nèi)部基體開(kāi)裂、介質(zhì)外滲等現(xiàn)象發(fā)生，增強(qiáng)層是主要的承重承壓部分，外防護(hù)層保護(hù)管材使其具有良好的長(zhǎng)期耐久及耐候特性。在中試過(guò)程中，測(cè)試了竹纏繞復(fù)合管管道在不利條件下的應(yīng)用效果，如非正常安裝施工、鹽堿度高、融雪不規(guī)則沉降情況、高氯堿環(huán)境、公路載荷和凍土層。實(shí)踐表明，竹纏繞復(fù)合管道應(yīng)用效果良好。

圖5 竹纏繞復(fù)合管的結(jié)構(gòu)示意圖

2 管道的特性

2.1 管徑范圍、壓力等級(jí)和密度

PVC-U管和PE管的管徑一般小于630 mm，常用于短距離輸水和田間灌溉管道。普通焊接鋼管和鑄鐵管的最大管徑比普通塑料管稍大，其承壓能力高，一般用于閘閥連接、首部工程和泵站的進(jìn)水和出水管道以及明鋪的灌溉輸水工程。玻璃鋼夾砂管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、竹纏繞復(fù)合管的管徑大于等于315 mm(其中預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管的管徑最小為400 mm)，最大管徑可以達(dá)到3 000～4 000 mm，最大承壓能力在2.0 MPa左右，因此主要用于長(zhǎng)距離輸水較大口徑的管道工程(見(jiàn)表3)。

表3 不同類(lèi)型管道密度、管徑和承壓范圍的比較

注：①預(yù)應(yīng)力混凝土管的密度一欄實(shí)際為單位長(zhǎng)度的重量，單位kg/m。

密度和壁厚決定了管道單位長(zhǎng)度的重量，直接影響工程的投資和施工的便捷程度。密度從高到低依次為：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、鍍鋅焊接鋼管、鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管、PVC-U管、竹復(fù)合壓力管和PE管。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、大口徑鍍鋅焊接鋼管和鑄鐵管需要借助專(zhuān)業(yè)機(jī)械吊裝。

(1)PVC-U管。在中高壓輸水灌溉工程中，硬聚氯乙烯PVC-U管材[36]中涉及0.63、0.8、1.0、1.25、1.6、2.0、2.5 MPa等7種壓力規(guī)格的管道。管道尺寸涵蓋dn20～dn1000的28種管徑。

在低壓輸水灌溉工程中，PVC-U管道[37]涉及4種公稱(chēng)壓力：0.2、0.25、0.32和0.4 MPa。涵蓋dn75～dn315的12種管徑。硬聚氯乙烯PVC-U雙壁波紋管管徑有dn63～dn1000等17種規(guī)格，硬聚氯乙烯PVC-U加筋管道有3種規(guī)格：dn150、dn225和dn315。PVC-U管道密度介于1 350～1 550 kg/m3之間[13]，是PE管的1.40～1.69倍。

(2)PE管。根據(jù)管道材料最小要求強(qiáng)度(MRS)的不同，可以分為PE63級(jí)(6.30～7.99 MPa)，PE80級(jí)(8.0～9.99 MPa)和PE100級(jí)(10.0～ 11.19 MPa)管材。在給水用聚乙烯PE管材[38]中涉及0.32、0.4、0.6、0.8、1.0、1.25和1.6 MPa等7個(gè)壓力等級(jí)，管道公稱(chēng)外徑涵蓋dn16～dn1000的29種管徑。密度介于915～965 kg/m3之間。

(3)普通焊接鋼管。鋼管的管徑范圍廣泛，推薦選用的普通焊接鋼管的外徑為dn10.2～dn2540之間，共有35種規(guī)格[39]，其中低壓流體輸送用管端用螺紋連接的焊接鋼管公稱(chēng)口徑的尺寸有：DN6～ DN150共14種規(guī)格[40]。鋼管本身的密度為7 850 kg/m3，在實(shí)際工程中需要在鋼管上增加鍍層用于防腐，鍍鋅鋼管的密度隨著鍍層加厚而增加，修正系數(shù)介于1.006～1.225之間，其密度范圍為7 897～9 616 kg/m3，是PE管道的8.18～10.51倍。

(4)球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵管的公稱(chēng)直徑介于dn40～ dn2600之間，共30種規(guī)格，公稱(chēng)壓力有：10、16、25和40 MPa等4個(gè)壓力等級(jí)[41]。其密度為7 050 kg/m3，比鋼管稍輕，是PE管的7.31～7.70倍。由于鑄鐵管耐腐性差，一般管道內(nèi)外均需要設(shè)涂層。

(5)玻璃鋼夾砂管。玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管(玻璃鋼夾砂管)的公稱(chēng)直徑介于dn100～dn4000之間，共30種規(guī)格，公稱(chēng)壓力有0.1、0.25、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、2.0、2.5、3.2 MPa等12種等級(jí)[42]，其密度范圍為1 700～ 2 500 kg/m3[43]，是PE管的1.76～2.73倍。

(6)預(yù)應(yīng)力混凝土管。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的公稱(chēng)直徑介于dn400～dn4000之間，共22種規(guī)格，公稱(chēng)壓力有0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8和2.0 MPa等9個(gè)壓力規(guī)格[27]。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管的公稱(chēng)直徑介于dn400～dn3000之間，共17種規(guī)格，公稱(chēng)壓力有0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 MPa等6種壓力規(guī)格[44]。

(7)竹纏繞復(fù)合管。竹纏繞復(fù)合管的公稱(chēng)內(nèi)徑介于dn150～ dn3000之間共23種尺寸，公稱(chēng)壓力有0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 MPa等8個(gè)壓力規(guī)格[45]，其密度介于1 150～1 350 kg/m3之間，密度比PVC管小，比PE管略大，是PE管的1.19～1.48倍。

2.2 管道力學(xué)性能比較

管道的力學(xué)性能直接關(guān)系到有壓條件下管道的工作狀態(tài)，由于玻璃鋼夾砂管和PCCP管的性能參數(shù)是多種材料協(xié)同工作的結(jié)果，在本節(jié)中只比較其他幾種管道的參數(shù)，見(jiàn)表4。從拉伸強(qiáng)度和彈性模量上講，PVC-U管和PE管的彈性模量基本相當(dāng)[46,47]，竹纏繞復(fù)合管是塑料管道的2～3倍[45]，PE管的拉伸屈服應(yīng)力比二者都小[37,38,45]。鍍鋅焊接鋼管和球墨鑄鐵管強(qiáng)度最高，其拉伸屈服強(qiáng)度在185 MPa以上[40,41]，鋼管的彈性模量和球墨鑄鐵管相當(dāng)，在17 GPa以上[48]，是塑料管道和竹纏繞復(fù)合管的67～244倍。

表4 不同類(lèi)型管道的力學(xué)性能參數(shù)比較

注：①為PE80級(jí)管材參數(shù);②為牌號(hào)Q195，壁厚t>16 mm時(shí)的值;③為牌號(hào)Q195，外徑D>168.3 mm時(shí)的值;④為離心球鐵管參數(shù);⑤為長(zhǎng)期抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

斷裂伸長(zhǎng)率是管道的韌性指標(biāo)。所有管道中，PE管道的斷裂伸長(zhǎng)率最大[38]，表明PE管的韌性最好，除此之外其他管道的斷裂伸長(zhǎng)率下限介于10%～15%之間[37,40,41,49]。

2.3 管道水力學(xué)性能比較

我們采用糙率系數(shù)n對(duì)不同管道的水力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析。在過(guò)流量、管道坡度一定的情況下，糙率系數(shù)n越大，相應(yīng)的管道直徑也越大。不同類(lèi)型管道的糙率系數(shù)見(jiàn)表5。在一般條件下，PVC-U管、PE管和玻璃鋼夾砂管的糙率系數(shù)較小，介于0.008～0.01之間，在設(shè)計(jì)中可能取較大值[31,50-52]。鍍鋅鋼管和球墨鑄鐵管的糙率系數(shù)n在0.010 5～0.014之間變化[52,53]，當(dāng)在管內(nèi)設(shè)有聚氨酯內(nèi)襯時(shí)，管道的糙率系數(shù)n減小到0.008 1左右[54]。PCCP管的糙率系數(shù)n與制造工藝有直接關(guān)系，我國(guó)目前預(yù)應(yīng)力混凝土管糙率系數(shù)設(shè)計(jì)值的推薦范圍為0.011 0～0.011 5，糙率系數(shù)試驗(yàn)值的范圍為0.009 5～0.012 3[55]，竹纏繞復(fù)合管道的糙率為0.011[45]。

表5 不同類(lèi)型管道的糙率系數(shù)比較

3 灌溉現(xiàn)代化對(duì)管道的需求

灌溉現(xiàn)代化的核心內(nèi)涵為供水可靠化、調(diào)度靈活化、用水精準(zhǔn)化和管理信息化[56]。灌溉現(xiàn)代化需要現(xiàn)代化的手段。我國(guó)是一個(gè)水資源供需矛盾十分突出的灌溉農(nóng)業(yè)大國(guó)，實(shí)施水資源嚴(yán)格管理是一項(xiàng)長(zhǎng)期國(guó)策，發(fā)展管道輸水灌溉易于實(shí)現(xiàn)總量控制、定額管理，在灌溉現(xiàn)代化過(guò)程中發(fā)展管道輸水灌溉是重要的方向。

(1)管道的密閉性。開(kāi)放式的渠道中水流為重力式流動(dòng)，而管道內(nèi)是一個(gè)密封的空間，可以加壓提高水流流速，提高供水及時(shí)性。同時(shí)管道滲漏少，可埋于地下不易受到破壞，有助于提高供水的可靠性。

管道的密閉性有助于通過(guò)變頻設(shè)備和閘閥聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)管道內(nèi)的水量和流速進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。水肥一體化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，除了節(jié)省人力外，容易實(shí)現(xiàn)肥隨水走，提高灌溉施肥肥效和養(yǎng)分利用率，減少施肥總量，降低因過(guò)量施肥帶來(lái)的水體和環(huán)境污染問(wèn)題，進(jìn)而增加投資收益率[57,58]。

(2)管道的靈活性。管道的靈活性體現(xiàn)在其管徑范圍跨度大，其管徑介于16～4 000 mm之間。管道的靈活性有助于實(shí)現(xiàn)輸配水的靈活性。在輸配水過(guò)程中，依據(jù)用水戶(hù)的需求進(jìn)行靈活的調(diào)度是供水可靠化涵義的延伸，也是實(shí)現(xiàn)用水精準(zhǔn)化的前提條件。灌溉調(diào)度的目的在于實(shí)現(xiàn)水資源的時(shí)空優(yōu)化配置。一方面，管道可以深入田間地頭，比渠道增加灌溉空間調(diào)度的靈活性；另一方面，管道輸水速度快，可以縮短輪灌時(shí)間，管道輸水比渠道輸水更易于實(shí)現(xiàn)灌溉調(diào)度時(shí)間的靈活性。

管道的靈活性有助于實(shí)現(xiàn)用水精準(zhǔn)化。用水精準(zhǔn)化是灌溉現(xiàn)代化的最后一環(huán)，其表現(xiàn)為田間灌溉的現(xiàn)代化，其含義為借助信息化手段，確保灌溉水均勻、適量和及時(shí)送到作物根部，滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)需求。用水精準(zhǔn)化需要通過(guò)建設(shè)噴灌、滴灌、微噴灌和小管出流高效節(jié)水灌溉工程來(lái)實(shí)現(xiàn)。在建設(shè)過(guò)程中，需要在田間鋪設(shè)大量的管道，實(shí)現(xiàn)灌溉地塊的靈活分區(qū)、輪灌和自動(dòng)控制，在節(jié)水的同時(shí)，節(jié)約勞動(dòng)力，提高產(chǎn)量和肥料利用率[59-61]。隨著農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)和規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的出現(xiàn)，對(duì)高效節(jié)水灌溉規(guī)?；男枨笠踩找嫱癸@[62]。

(3)管道內(nèi)壁光滑。由于管道的糙率系數(shù)更小，在有壓條件和自壓條件下，流速比渠道大，在適當(dāng)?shù)臈l件下以管道代替渠道，可以提高供水及時(shí)性，為田間精準(zhǔn)灌溉的實(shí)現(xiàn)提供保證。在輸配水工程建設(shè)中，大口徑管道的遴選是灌區(qū)管網(wǎng)建設(shè)的新需求，產(chǎn)出投入高、工作性能優(yōu)良、耐候性好、糙率系數(shù)小、易運(yùn)行維護(hù)的大口徑管道是發(fā)展大型灌溉管網(wǎng)的理想選擇。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)灌溉輸水涉及的管道分類(lèi)以及性能參數(shù)進(jìn)行了歸納，對(duì)管道的分類(lèi)進(jìn)行了有效的擴(kuò)充，首次將生物基質(zhì)復(fù)合管納入分類(lèi)體系。與經(jīng)典管道相比，新興管道具備類(lèi)似的性能和特征。

在農(nóng)業(yè)集約化規(guī)?；l(fā)展過(guò)程中，規(guī)?；墓喔裙芫W(wǎng)是灌溉現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)。在發(fā)展管道灌溉的進(jìn)程中，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到管道輸水灌溉的優(yōu)越性；按照因地制宜和分步實(shí)施的原則，對(duì)輸水工程和灌溉工程改造的過(guò)程中，充分論證管道輸水的可行性，分步推進(jìn)；應(yīng)該堅(jiān)持在高標(biāo)準(zhǔn)條件下的低投入原則，增加灌溉工程投資，保證工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量。

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