低压管道灌溉工程可行性分析初步研究

王洁 陈诚 蔡守华*

(扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州 225127)

我国自改革开放之后，将计划生育政策定为基本国策，但人口数量仍呈增长趋势，而农村人口于20世纪90年代开始逐步减少。城市化进程加快，导致耕地面积削减，加之水污染现象日益严重，导致我国粮食供需矛盾的加剧。而我国的灌溉水利用系数却没有明显的提高，目前只有0．45左右［1］。在当前农业供水总量一定而农业用水需求日益增大的形势下，提高灌溉水利用系数成为必然也是明智的选择。更加广泛地采取节水灌溉措施成为当今农业水利工程发展的一个不可阻挡的趋势。工程可行性分析主要分为社会可行性、技术可行性、组织可行性、经济可行性等几个方面。低压管道输水灌溉技术作为一种重要的节水技术，在经济可行性研究方面目前已较为充分。有关计算表明对于南方小型机电灌区的改造低压管灌技术是经济可行的，优于U形渠道衬砌改造［2］。以下将重点从社会可行性、技术可行性和组织可行性这三个方面对低压管道灌溉工程的可行性进行初步分析。

1 低压管道灌溉工程的社会可行性分析

主要从我国改革开放之后的总人口(农村人口)、城市化进程、耕地面积及水污染状况等几个方面进行阐述。

1．1 人口普查数据分析

根据我国第三至第六次人口普查统计资料，我国1982年～2010年人口总量及农村人口比例列表数据见表1。

表1 改革开放之后普查农村人口及其占总人口比重

由表1可以看出1982年～2010年，我国人口总量增加了大约32．8%，农村人口却减少了大约16．9%，农村人口数量及比例下降趋势自2000年之后尤为明显。根据目前对我国农村人口变化趋势的预测，我国农村人口总数将继续呈下降趋势［3］，人口老龄化问题也会越来越严重，这些都将导致农村劳动力的下降，而人口总数预计在2030年之前将继续呈正增长趋势［4］，粮食供需矛盾将会加剧。

1．2 城市化进程分析

我国城市化率从1978年的17．9%增至2012年的52．6%，设市城市数量从1978年的193个增至2012年的658个(统计数据来源于历年中国城市建设统计年鉴)，2000年之后我国城市化在快速发展。1978年～2012年，城市化率增长了194%，设市城市数目增长了241%。

1．3 耕地面积数据分析

我国基本建设用地增量中耕地占50%～65%左右，所以城市化进程势必导致耕地面积的减少。1980年前我国耕地面积基本上是不断增加的。80年代初全国实有耕地面积公认的数据19．875 亿亩 ～20．955 亿亩［5］，有关计算研究表明，至2010 年减至18．26亿亩与实际情况相符，预计2020年将减至17．69亿亩［6］。

1．4 灌溉水源污染分析

据国家环保总局统计显示，自1985年～2006年我国废水年排放总量一直维持在350亿t～400亿t左右［7］，2010年全国废水排放总量为617．3亿 t［8］，增长了54．3%。据统计，我国的河流、河段有1/4以上因污染而不能满足最基本的灌溉用水(我国Ⅴ类水质标准)要求［9］。80年代初期及后期，我国水井水质超过饮用水质标准的分别为1/5和1/3，而到2000年，已有3/5的城市地下水受到污染［10］。地面水及地下水灌溉均严重受水污染影响，加剧了井灌、渠灌供水污染。

1．5 当前形势下农业水利工程发展的必然趋势

农业用水供需矛盾加剧的形势，对我国农业水利工程的技术措施提出了更高的要求。提高灌溉水利用效率成为必然的选择。发展节水灌溉技术，提高灌溉水利用系数，减少传统地面灌溉造成的灌溉水浪费现象，是我国当前农业水利工程发展的一个趋势。

低压管道灌溉技术作为节水灌溉技术的一种，可以大大提高灌溉水利用系数。如能大面积推广，将产生巨大的社会效益。

2 低压管道灌溉工程的技术可行性分析

农业灌溉工程主要分为地面灌溉和压力管道灌溉，对应于以明渠自流灌溉为主的地面灌溉，国际上通常把喷灌、微灌和低压管道输水灌溉总称为压力管道灌溉。地面灌溉由于其蒸发及渗漏损失量较大，往往灌溉水利用系数较低，大面积的地面灌溉是造成农业灌溉水资源浪费的主要原因之一。而压力管道灌溉在通过管道输水，最大程度地减少了输水过程中的蒸发及渗漏损失，从而大大提高灌溉水利用系数。表2列出了我国及世界其他国家地面灌溉占灌溉总面积的一些数据。

表2 地面灌溉面积占灌溉总面积表(2000年统计数据)［11-13］

从表2数据可以看出，我国管道灌溉面积比例远远低于发达国家水平，管道灌溉的分布也十分不均匀。要较大幅度提升我国的灌溉水利用系数，合理地逐步发展压力管道灌溉已成为不可阻挡的趋势。低压管道灌溉作为压力管道灌溉的一种，有其独特的优势:1)基本消除渗漏及蒸发损失，水利用系数在0．95以上。采用防渗材料，输水管一般为PCCP管(混凝土预制管)，配水管一般为PVC管(聚氯乙烯材料)。渗漏损失减少量均高于粘土夯实的45%，混凝土衬砌的70%～75%，塑料薄膜衬砌的80%，U形衬砌的80%～90%。2)输水管道埋入地下代替输水渠道占地，土地利用率可提高2%～3%。从我国耕地面积日益减少的国情来看，这一点尤为重要。3)供水受地形影响、施工受气候影响相对较小。利用管道压力，可以一定程度地适应高低不同的地形变化，从而使原来土渠难以达到的耕地实现灌溉，从而扩大了灌溉面积。4)水质污染很小。传统渠道灌溉，为了减少水流对两岸的冲刷，往往采用混凝土护坡，将流水与泥土隔开，破坏了原有的生态系统，灌溉水源的水质受到影响，所以当前的河流健康评价指标往往将栖息地质量列为其中之一［14］。如若首要考虑渠道的生境指标，势必降低两岸的冲刷稳定性。而低压管道灌溉很好地避免了这个问题，保证了灌溉水源的水质，符合水生态建设的理念。5)灌溉效果更好，可增产增收。管道输水速率更快、供水及时，缩短轮灌周期，有利于适时适量灌溉，可以更好地满足作物需水关键期的需水要求，从而达到增产增收的效果。6)使用寿命更长:40年～50年。相比于同类的工程节水灌溉措施U形衬砌护坡，使用年限要长将近一倍。更契合当前可持续发展的要求。以上从六个方面分析了低压管道灌溉的技术优势，但低压管道灌溉工程仅在我国北方灌区，特别是井灌区的应用较为广泛。以下将从组织可行性层面分析其在推广过程中发现的弊端。

3 低压管道灌溉工程的组织可行性分析

发展低压管道灌溉的社会效益明显，且具有一定的技术优势，但是要大力推广，需从规划、设计、施工、管理等各方面进行统筹考虑。在组织可行性方面，在我国发展低压管道灌溉工程具有以下弊端:1)标准低。从工程建设流程中的方方面面，包括立项、设计、施工、验收都缺乏严格规范的标准。在实际设计中对于一些关键技术，如高压管道、管网、水锤、自动控制设备等亦缺乏相关规范［15］。2)设计水平较低。低压管道灌溉在具体设计时会涉及到电力、市政、通讯、自动化、计算机、农业等相关行业的规范及知识。同时，管网系统的设计至关重要，但难度较大，设计水平有待提高。目前尚缺乏高素质的设计人员。3)采用了新材料、新技术，对施工技术提出了更高的要求。但由于目前设计标准的不完善，施工质量难以保证。4)缺少大口径管材、系列配套管件及附属设备。国内工程公司对管道等级表的重要性认识不足，导致管道在工程设计、物资采购、安装施工、生产运行方面没有形成成套的体系［16］。管材、管件未能形成系列化、规格化、标准化和产业化生产。5)管理水平相对落后。新材料和新技术的使用对管理人员的素质提出了更高的要求。而农民作为节水灌溉的主体，难以在短期内达到节水灌溉对管理的新要求。目前有关低压管道灌溉工程管理的理论研究还很不充分［17］。高效的农业灌溉技术，需要高素质的农民去进行实际操作，所以管理是推广低压管道灌溉技术中一个必须要解决的问题。

4 低压管道灌溉的发展前景

我国目前的农业灌溉用水占总用水的70%以上，要解决当前粮食供求矛盾的问题，提高农业灌溉用水效率是其中的一个重要课题，也是在我国目前发展形势下所必须面临的一个难题。在这种形势下，节水灌溉技术的发展已成为不可逆转的潮流。低压管道灌溉技术作为一项重要的节水灌溉技术，在推广过程中将面临诸多上述组织可行性分析中的阻碍，如能通过合理的政策和机制妥善解决好相关问题，相信低压管道灌溉技术凭借其在社会可行性和技术可行性方面的巨大优势，定能在不久的将来为我国农业节水灌溉的发展做出更大的贡献。

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