贛榆區(qū)低壓管道工程的發(fā)展研究

徐格非， 王明磊

(1.揚(yáng)州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 揚(yáng)州 225000； 2.連云港市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 江蘇 連云港 222006；3.科爾沁右翼前旗河湖服務(wù)中心， 內(nèi)蒙古 興安明 137400)

水資源直接制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的發(fā)展，在保障國(guó)家糧食安全中發(fā)揮著舉足輕重的作用。隨著我國(guó)節(jié)水宣傳工作的積極開(kāi)展，越來(lái)越多的人民群眾意識(shí)到我國(guó)是一個(gè)缺乏水資源的國(guó)家。近年來(lái)，由于生活污水、化工污水的排放日益嚴(yán)重，目前可被直接利用的水資源總量更是在逐年減少，甚至已經(jīng)威脅到農(nóng)田灌水基本需求。在這樣嚴(yán)峻的形式下，發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)尤為重要。而提高灌溉水利用效率、推廣低壓管道灌溉，則是緩解當(dāng)前農(nóng)業(yè)水資源短缺壓力的重要舉措。

1 贛榆區(qū)基本概況

1.1 自然概況

連云港市贛榆區(qū)位于江蘇省東北部，屬沂蒙山系山澗坡麓及堆積平原的一部分，地貌西北高，東南低，地形由西北向東南傾斜。全區(qū)行政區(qū)域面積1 514.08 km2，耕地面積達(dá)6.85萬(wàn)hm2。根據(jù)多年的氣象資料統(tǒng)計(jì)，贛榆區(qū)年平均氣溫15.2℃，年日照時(shí)數(shù)為2 518.2 h，年無(wú)霜期222 d。多年平均降水量836.1 mm，蒸發(fā)量1 064.4 mm。降水量時(shí)空分布不均勻，豐枯年實(shí)際變幅較大，降雨主要集中在7～9月份，占全年降水量的73.9%。春旱突出，秋冬季以旱為主，容易形成干旱和洪澇災(zāi)害。贛榆區(qū)特殊的地理區(qū)位和水文氣象條件給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉造成了不小的壓力。

1.2 低壓管道工程

贛榆區(qū)特殊的地理區(qū)位決定了區(qū)內(nèi)地形的多樣性，贛榆區(qū)西北部為低山丘陵地區(qū)，地形復(fù)雜且水資源短缺問(wèn)題嚴(yán)重；而中部及東部則多為平原地區(qū)，地形平坦且水資源相對(duì)充裕。目前，由于贛榆區(qū)西北部地形復(fù)雜，許多地塊建設(shè)渠道難度較大，存在大面積的“望天田”；中部及東部地區(qū)大多沿用傳統(tǒng)的渠道灌溉方式。然而渠道灌溉的滲漏和蒸發(fā)損失較多，土渠的灌溉水利用系數(shù)僅為0.3～0.4，即使采用防滲技術(shù)后，也只能有限地緩解水資源滲漏的問(wèn)題。因此，渠道灌溉模式與贛榆區(qū)西北部地形復(fù)雜、水資源匱乏的自然特征不適應(yīng)，促使當(dāng)?shù)靥剿鞯蛪汗艿拦喔饶Ｊ健?/p>

贛榆區(qū)西北部采用管道輸水與渠道輸水相比，主要有以下兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：一方面能夠有效減少滲漏和蒸發(fā)損失，提高灌溉水利用系數(shù)；另一方面，管道鋪設(shè)能夠適應(yīng)丘陵地區(qū)復(fù)雜的地形，覆蓋原先難以建設(shè)渠道的地塊。因此，低壓管道工程的推廣和應(yīng)用，是解決贛榆區(qū)灌溉問(wèn)題的重要手段。近年來(lái)，贛榆區(qū)積極響應(yīng)國(guó)家實(shí)施鄉(xiāng)村振興的號(hào)召，更新農(nóng)業(yè)灌溉方式，積極引進(jìn)推廣低壓管道工程技術(shù)。在贛榆區(qū)西北部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，結(jié)合其丘陵山區(qū)的地勢(shì)特點(diǎn)，逐步建成特色林果園區(qū)。目前贛榆區(qū)已經(jīng)建設(shè)完成2萬(wàn)hm2低壓管道工程灌溉農(nóng)田，主要集中在西北部的特色林果園區(qū)。

2 贛榆區(qū)低壓管道工程存在問(wèn)題

2.1 放水口水壓不穩(wěn)定

由于贛榆區(qū)厲莊、黑林、班莊等鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬丘陵地區(qū)，地勢(shì)起伏較大。在已經(jīng)實(shí)施運(yùn)行的項(xiàng)目中，部分低壓管道灌溉系統(tǒng)出現(xiàn)位于支管首部的放水口出流過(guò)大，已經(jīng)形成沖刷，而位于末端的放水口出流很小，甚至沒(méi)有出流的現(xiàn)象。以下幾個(gè)原因可能會(huì)導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生：①系統(tǒng)管網(wǎng)布置不合理，單根管道鋪設(shè)距離過(guò)長(zhǎng)，控制面積過(guò)大，管道水頭損失過(guò)大[1]；②在劃分輪灌組時(shí)，未能滿足管道《管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 20203—2017)5.1.2.5條中Qmin≥0.75Qmax的要求，導(dǎo)致同時(shí)工作的放水口流量偏差較大；③設(shè)計(jì)低壓管道工程配套泵站時(shí)，未考慮變頻恒壓控制裝置[2]。導(dǎo)致用水多供水少時(shí)壓力減小，用水少供水多時(shí)壓力增大。

2.2 電費(fèi)高于明渠灌溉

相較于傳統(tǒng)的明渠輸水，低壓管道輸水運(yùn)行的電費(fèi)較高，高額的電費(fèi)導(dǎo)致用水戶抵觸情緒強(qiáng)烈。產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因有：①部分設(shè)計(jì)人員計(jì)算管徑時(shí)，往往只根據(jù)管道經(jīng)濟(jì)流速在1.0～1.5 m/s來(lái)確定管徑[3]。而通過(guò)該方法算得的管徑普遍偏小，雖然能滿足系統(tǒng)正常工作的需求，但是會(huì)增加水頭損失，從而導(dǎo)致水泵揚(yáng)程增長(zhǎng)、提水電費(fèi)增加；②選擇的泵型不合理。部分設(shè)計(jì)人員選擇水泵后，并未進(jìn)行水泵高效區(qū)復(fù)核計(jì)算，導(dǎo)致水泵不在高效區(qū)運(yùn)行。有些用水戶錯(cuò)誤的認(rèn)為功率越大的水泵提水流量越大，越能保證灌溉用水。導(dǎo)致水泵能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高；③從明渠輸水轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪汗艿垒斔?，即從無(wú)壓流轉(zhuǎn)變?yōu)橛袎毫?。需要保證給水裝置工作水頭，通常為2 m。造成水泵揚(yáng)程的提高，取水費(fèi)用增加。

2.3 政府資金投入不足

根據(jù)贛榆區(qū)低壓管道工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)投資約為133.33～166.67元/hm2(2 000～2 500元/畝，不包含配套泵站)，低壓管道工程的推廣和建設(shè)需要大批資金投入。多數(shù)用水戶經(jīng)濟(jì)能力不足以負(fù)擔(dān)低壓管道工程的建設(shè)。目前只能依托國(guó)家農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣項(xiàng)目、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目等項(xiàng)目的補(bǔ)貼來(lái)建設(shè)。這些項(xiàng)目的補(bǔ)貼不能完全滿足建設(shè)資金需求，而剩余的自籌資金很難到位。

2.4 后期運(yùn)行管護(hù)缺位

近年來(lái)，贛榆區(qū)多地相繼出現(xiàn)“重建設(shè)，輕管護(hù)”的現(xiàn)象[4]。在規(guī)劃初期，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)積極爭(zhēng)取建設(shè)指標(biāo)，而在運(yùn)行后期，經(jīng)常出現(xiàn)用水戶使用自家小型水泵取水而廢棄低壓管道工程的現(xiàn)象。主要原因有：①低壓管道輸水屬于有壓流，必須制定明確的工作制度，運(yùn)行時(shí)嚴(yán)格按照輪灌組的要求進(jìn)行灌溉。在用水高峰時(shí)期，由于管理不到位，用水戶不顧輪灌制度，一擁而上地開(kāi)啟閘閥取水，導(dǎo)致取水混亂，放水口壓力不穩(wěn)定。目前，這種現(xiàn)象在土地沒(méi)有完全流轉(zhuǎn)的地區(qū)尤為常見(jiàn)；②低壓管道工程建設(shè)資金多為國(guó)家補(bǔ)助資金，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和用水戶的建設(shè)積極性很高。但是后期管網(wǎng)運(yùn)行的管理和維修費(fèi)用為受益方承擔(dān)，維修管護(hù)的費(fèi)用很難籌措，因而導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，不能發(fā)揮長(zhǎng)期效益。

2.5 百姓傳統(tǒng)觀念沖突

目前，贛榆區(qū)務(wù)農(nóng)人員年紀(jì)普遍偏大，獲取信息的渠道有限，傳統(tǒng)觀念根深蒂固。因此，對(duì)于低壓管道工程這一新型灌溉方式，百姓的接受度較低。主要原因有：①務(wù)農(nóng)人員獲取信息的途徑單一，主要是廣播和電視，其中大部分人對(duì)“節(jié)水增效”不夠重視，水資源節(jié)約意識(shí)淡薄，未意識(shí)到低壓管道工程實(shí)施的重要性和必要性;②，低壓管道工程多設(shè)計(jì)為輪灌制度，各輪灌組依次運(yùn)行，每組灌水時(shí)間短。而當(dāng)?shù)匕傩樟?xí)慣了續(xù)灌方式，灌水周期長(zhǎng)，導(dǎo)致部分百姓僅以灌水時(shí)間評(píng)價(jià)灌水總量，錯(cuò)誤的認(rèn)為輪灌的灌水總量少，引發(fā)對(duì)低壓管道工程的不滿。

3 贛榆區(qū)低壓管道工程發(fā)展對(duì)策

3.1 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)低壓管道工程時(shí)，首先應(yīng)選取適當(dāng)?shù)墓喔确秶鶕?jù)地形，合理劃分灌溉單元，灌溉面積在20 hm2左右為宜。在管網(wǎng)布置時(shí)，優(yōu)先選用“豐字型”布局代替“E字型”布局，可以有效地限制單管鋪設(shè)長(zhǎng)度。其次，編制合理的輪灌工作制度，將標(biāo)高相近的管道劃分在同一輪灌組內(nèi)，確保同組內(nèi)壓力大致相同，以滿足規(guī)范中Qmin≥0.75Qmax的要求。最后，在配套泵站設(shè)計(jì)時(shí)，推廣應(yīng)用水泵變頻恒壓技術(shù)，有利于維持管網(wǎng)壓力水平。

3.2 控制水頭損失

低壓管道工程運(yùn)行產(chǎn)生的高額電費(fèi)主要源自于水泵的揚(yáng)程，水泵揚(yáng)程H的計(jì)算公式如下：

H=Zg-Z0+h0+∑hf+∑hj+hg

(1)

式中：Zg為參考點(diǎn)給水裝置的地面高程，m；Z0為管道系統(tǒng)進(jìn)口高程，m；h0為參考點(diǎn)給水裝置出口中心線與地面的高差，m； ∑hf為管道系統(tǒng)進(jìn)口至參考點(diǎn)給水裝置的管路沿程水頭損失，m； ∑hj為管道系統(tǒng)進(jìn)口至參考點(diǎn)給水裝置的管路局部水頭損失，m，可按沿程水頭損失的10%～15%計(jì)算；hg為給水裝置工作水頭，m。

根據(jù)式(1)，在管網(wǎng)布置不變的前提下，水泵揚(yáng)程主要的影響因素是管路沿程水頭損失，管路沿程水頭損失的計(jì)算公式如下：

(2)

式中：f為管材摩阻系數(shù)，f=0.948×105；Q為管段設(shè)計(jì)流量，m3/h；D為管道內(nèi)徑，mm；L為管道長(zhǎng)度，m；m為流量指數(shù)，m=1.77；b為管徑指數(shù)，b=4.77。

根據(jù)式(2)，管徑相較于流量對(duì)沿程水頭損失的影響更大。因此，設(shè)計(jì)時(shí)在綜合考慮管道經(jīng)濟(jì)流速的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)適當(dāng)擴(kuò)大管徑的方式，減少管網(wǎng)水頭損失，降低水泵揚(yáng)程。

3.3 開(kāi)拓投資渠道

投資受限嚴(yán)重制約了贛榆區(qū)農(nóng)田灌溉方式的優(yōu)化升級(jí)，要打破當(dāng)前低壓管道技術(shù)推廣建設(shè)的壁壘，必須豐富投資渠道。目前，農(nóng)田水利工程投資的主體是國(guó)家財(cái)政，然而僅僅依靠國(guó)家財(cái)政推廣低壓管道技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。發(fā)展低壓管道技術(shù)的最終受益者是地方政府和農(nóng)戶，地方政府要立足長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，加大對(duì)低壓管道工程的投資力度，補(bǔ)齊國(guó)家財(cái)政投資的空缺。以家庭農(nóng)場(chǎng)為代表的農(nóng)業(yè)企業(yè)經(jīng)營(yíng)的田塊具有集中連片、規(guī)?；芾淼忍攸c(diǎn)，能夠嚴(yán)格執(zhí)行灌溉制度，尤其適合低壓管道工程建設(shè)實(shí)施。政府要加強(qiáng)對(duì)這類企業(yè)的宣傳和引導(dǎo)力度，鼓勵(lì)企業(yè)投資低壓管道工程建設(shè)。

3.4 加強(qiáng)后期管護(hù)

由于后期管護(hù)不到位，贛榆區(qū)部分低壓管道工程存在廢棄現(xiàn)象。解決建而不管的問(wèn)題，主要采取以下措施：①在工程建設(shè)初期要明確管護(hù)職責(zé)，簽訂管護(hù)責(zé)任認(rèn)定書(shū)，建立分級(jí)管理、責(zé)任清晰的管理制度；②可以通過(guò)收取水費(fèi)的方式籌措維修管護(hù)資金，鼓勵(lì)用水戶自覺(jué)管護(hù)，逐步形成誰(shuí)使用、誰(shuí)管護(hù)、誰(shuí)維修的管護(hù)模式。

3.5 加強(qiáng)宣傳教育

解決低壓管道工程推廣應(yīng)用與百姓傳統(tǒng)觀念沖突的問(wèn)題，一是各有關(guān)部門(mén)要擴(kuò)展百姓獲取信息的渠道，采取多種方式加大節(jié)水宣傳，提高節(jié)水意

意識(shí)。二是要注重專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，糾正錯(cuò)誤認(rèn)知，提高專業(yè)素養(yǎng)。通過(guò)提高認(rèn)知和專業(yè)技術(shù)水平，使百姓打破傳統(tǒng)思維的束縛，接受低壓管道工程，解決觀念沖突的矛盾。

4 結(jié) 語(yǔ)

發(fā)展低壓管道工程是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌水結(jié)構(gòu)優(yōu)化和升級(jí)的重要舉措。本文通過(guò)對(duì)贛榆區(qū)低壓管道工程發(fā)展存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，分別從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、水頭損失、投資渠道、后期管護(hù)、宣傳教育的方面提出了針對(duì)性的發(fā)展對(duì)策。以期推廣低壓管道工程，建設(shè)節(jié)水型農(nóng)業(yè)，提高水資源利用效率。