設(shè)施農(nóng)業(yè)農(nóng)田管道灌溉系統(tǒng)輸水技術(shù)概要

1、設(shè)施農(nóng)業(yè)農(nóng)田管道灌溉系統(tǒng)輸水技術(shù)前言目前,我國農(nóng)業(yè)用水量仍占全國總用水量的70%,而在全國用水量中,農(nóng)業(yè)蒸發(fā)消耗的水量約占90%1。所以,全國節(jié)水的重點在農(nóng)業(yè),農(nóng)業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵是減少農(nóng)田的蒸發(fā)蒸騰耗水量。由于農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率普遍低下,就全國范圍而言,水的利用率僅為45 % ,而水資源利用率高的國家已達70% 一80% ,因而,解決農(nóng)業(yè)灌溉用水的問題,對于緩解水資源的緊缺是非常重要的。在灌溉系統(tǒng)合理地推廣自動化控制,不僅可以提高資源利用率,緩解水資源日趨緊張的矛盾,還可以增加農(nóng)作物的產(chǎn)量,降低農(nóng)產(chǎn)品的成本。灌溉系統(tǒng)自動化的水平較低,這也是制約我國高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要原因。以色列、日本、美國等一些

2、國家已采用先進節(jié)水灌溉制度。由傳統(tǒng)的充分灌溉向非充分灌溉發(fā)展,對灌區(qū)用水進行監(jiān)測預(yù)報,實際動態(tài)管理。采用傳感器來監(jiān)測土壤的墑情和農(nóng)作物的生長,實現(xiàn)水管理的自動化。高效農(nóng)業(yè)和精細農(nóng)業(yè)要求我們必須提高水資源的利用率。要真正實現(xiàn)水資源的高效,僅憑單項節(jié)水灌溉技術(shù)是不可能解決的。必須將水源開發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和農(nóng)作物需水規(guī)律等方面統(tǒng)一考慮。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用,實現(xiàn)按期、按需、按量自動供水。如今,水資源緊缺已成為制約我國乃至全球經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”,每年農(nóng)業(yè)用水更是占據(jù)了我國總用水量中的70%,農(nóng)業(yè)灌溉效率低下和用水浪費的問題普遍存在,因此發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高農(nóng)

3、業(yè)用水利用效率是我國節(jié)水戰(zhàn)略中的重要環(huán)節(jié)。1概述管道輸水灌溉系統(tǒng)是以管道代替明渠輸水灌溉的一種工程形式,水由分水設(shè)施輸送到田間。直接由管道分水口分水進入田間、溝畦。管道輸水有多種使用范圍,大中型灌區(qū)可以采用明渠水與管道有壓輸水相結(jié)合,有專門為噴灌供水的壓力輸水管道,還有為田間溝畦灌溉的管道輸水。管道灌溉的特點是出水口流量大,出口不會發(fā)生堵塞,仍屬地面灌溉技術(shù)。1.1管道輸水特點(一節(jié)水節(jié)能管道輸水可減少滲漏損失和蒸發(fā)損失,與土壟溝相比,管道輸水損失可減少5%,水的利用率比土渠提高了30%40%,比混凝土等襯砌方式節(jié)水5% 15%。對機井灌區(qū),節(jié)水就意味著降低能耗。(二省地、省工用土渠輸水,田間

4、渠道用地一般占灌溉面積的1%2%,有的多達3% 5%,而管道輸水只占灌溉面積的0.5%,提高了土地利用率。同時管道輸水速度快,避免了跑水漏水現(xiàn)象,縮短了灌水周期,節(jié)省了巡渠和清淤維修用工。(三投資小、效益高管灌投資較低,一般每畝在100300元。同等水源條件下,由于能適時適量灌溉,滿足作物生長期需水要求,因而起到增產(chǎn)增收作用。(四適應(yīng)性強壓力管道輸水,可以越溝、爬坡和跨路,不受地形限制,施工安裝方便,便于群眾掌握,便于推廣。配上田間地面移動軟管,可解決零散地塊澆水問題,適合當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)責任制形式。1.2管道輸水系統(tǒng)的組成管道輸水灌溉系統(tǒng)由水源與取水工程部分、輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)和田間灌水系統(tǒng)3部分

5、組成,見圖1-1。(一水源與取水工程管道輸水灌溉系統(tǒng)的水源有井、泉、溝、渠道、塘壩、河湖和水庫等。水質(zhì)應(yīng)符合農(nóng)田灌溉用水標準,且不含有大量雜草、泥沙等雜物。井灌區(qū)的取水工程應(yīng)根據(jù)用水量和揚程大小,選擇適宜的水泵和配套動力機、壓力表及水表,并建有管理房。自壓灌區(qū)或大中型提水灌區(qū)的取水工程還應(yīng)改進水閘、分水閘、攔污柵及泵房等配套建筑物。(二輸水配水管網(wǎng)系統(tǒng)輸配水管網(wǎng)系統(tǒng)是指管道輸水灌溉系統(tǒng)中的各級管道、分水設(shè)施、保護裝置和其他附屬設(shè)施。在面積較大灌區(qū),管網(wǎng)可由干管、分干管、支管和分支管等多級管道組成。(三田間灌水系統(tǒng)田間灌水系統(tǒng)指出水口以下的田間部分,它仍屬地面灌水,因而應(yīng)采取地面節(jié)水灌溉技術(shù),達

6、到灌水均勻并減小灌水定額的目的。 圖1-1 灌溉管道系統(tǒng)組成圖1.3管道輸水系統(tǒng)的分類管道輸水系統(tǒng)按其壓力獲取方式、管網(wǎng)形式、管網(wǎng)可移動程度的不同等可分為以下類型。(一按壓力獲取方式分類按壓力獲取方式不同可分為機壓輸水系統(tǒng)和自壓輸水系統(tǒng)。1.機壓(水泵提水輸水系統(tǒng)它又分為水泵直送式和蓄水池式。當水源水位不能滿足自壓輸水要求時,要利用水泵加壓將水輸送到所需要的高度或蓄水池中,通過分水口或管道輸水至田間。目前,井灌區(qū)大部分采用直送式。2.自壓輸水系統(tǒng)當水源較高時,可利用地形自然落差所提供的水頭作為管道輸水所需要的工作壓力。在丘陵地區(qū)的自流灌區(qū)多采用這種形式。(二按管網(wǎng)形式分類按管網(wǎng)形式不同可分為樹

7、狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)兩種類型。1.樹狀網(wǎng)管網(wǎng)呈樹枝狀,水流通過“樹干”流向“樹枝”,即從干管流向支管、分支管,只有分流而無匯流,見圖4-2(a。 2.環(huán)狀網(wǎng)。管網(wǎng)通過節(jié)點將各管道連接成閉合環(huán)狀網(wǎng)。根據(jù)給水栓位置和控制閥啟閉情況,水流可作正逆方向流動,見圖4-2(b。目前國內(nèi)低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)多采用樹狀網(wǎng),環(huán)狀網(wǎng)在一些試點地區(qū)也有應(yīng)用。(三按固定方式分類低壓管道輸水灌溉系統(tǒng)按固定方式可分為移動式、半固定式和固定式。1.移動式。除水源外,管道及分水設(shè)備都可移動,機泵有的固定,有的也可移動,管道多采用軟管,簡便易行,一次性投資低,多在井灌區(qū)臨時抗旱時應(yīng)用。但是勞動強度大,管道易破損。2.半固定式。其管道灌

8、溉系統(tǒng)的一部分固定,另一部分移動。一般是水源固定,干管或支管為固定地埋管,由分水口連接移動軟管輸水進入田間。這種形式工程投資介于移動式和固定式之間,比移動式勞動強度低,但比固定式管理難度大,經(jīng)濟條件一般的地區(qū),宜采用半固定式系統(tǒng)。3.固定式。管道灌溉系統(tǒng)中的水源和各級管道及分水設(shè)施均埋入地下,固定不動。給水栓或分水口直接分水進入田間溝、畦,沒有軟管連接。田間毛渠較短,固定管道密度大,標準高。這類系統(tǒng)一次性投資大,但運行管理方便,灌水均勻。有條件的地方應(yīng)逐漸推行這種形式。2管道灌溉工程管材2.1管材管材是管道輸水灌溉系統(tǒng)的重要組成部分,其投資比重一般約占工程總投資的7080%,直接影響到管灌工程

9、的質(zhì)量和造價。(一技術(shù)要求1.能承受設(shè)計要求的工作壓力。管材允許工作壓力應(yīng)為管道最大正常工作壓力的1.5倍。當管道可能產(chǎn)生較大水擊壓力時,管材的允許工作壓力應(yīng)不小于水擊時的最大壓力。2.管壁要均勻一致,壁厚誤差應(yīng)不大于5%。3.地埋暗管在農(nóng)業(yè)機具和車輛等外荷載的作用下管材的徑向變形率不得大于5%。4.滿足運輸和施工的要求,能承受一定的局部沉陷應(yīng)力。5.管材內(nèi)壁光滑,內(nèi)外壁無可見裂縫,耐土壤化學侵蝕,耐老化,使用壽命滿足設(shè)計年限要求。6.管材與管材、管材與管件連接方便,連接處應(yīng)滿足工作壓力、抗彎折、抗?jié)B漏、強度、剛度及安全等方面的要求。7.移動管道要輕便,耐碰撞,耐摩擦,不易被扎破及抗老化性能好

10、等。8.當輸送的水流有特殊要求時,還應(yīng)考慮對管材的特殊需要。如灌溉與飲水結(jié)合的管道,要符合輸送飲用水的要求。(二選擇方法在滿足設(shè)計要求的前提下綜合考慮以下積極因素進行管材選擇:管材管件的價格;施工費用,包括運輸費用、當?shù)貏趧恿r值、施工輔助材料及施工設(shè)備費用;工程的使用年限;工程維修費用等。管道可選擇施工、安裝方便及運行可靠的高密度聚乙烯管材(HDPE、素混凝土管、水泥砂土管等地方管材;在水泥、砂石料可就地取材的地方,選擇就地生產(chǎn)的素混凝土管較經(jīng)濟。在缺乏或遠離砂石料的地方,選擇PE管則可能是經(jīng)濟的。另外,選擇管材還要考慮應(yīng)用條件及施工環(huán)境的特殊要求。在管道有可能出現(xiàn)較大不均勻沉陷的地方,不宜

11、選擇剛性連接的素混凝土管,可選擇柔性較好的PE管;在跨溝、過路的地方,可選擇鋼管、鑄鐵管;在礦渣、爐渣堆積的工礦區(qū)附近,可利用礦渣、爐渣就地生產(chǎn)水泥預(yù)制管,這樣,既發(fā)展了節(jié)水灌溉,又有利于環(huán)境保護;對將來可能發(fā)展噴灌的地區(qū)，應(yīng)選擇承壓能力較高的管材，便于發(fā)展噴灌時利用。 總之，管材選擇要遵循經(jīng)濟實用、因地制宜、方便施工的原則。同時還應(yīng)考 慮生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)能力和信譽，以避免不必要的糾紛。 （四）渠灌區(qū)大口徑管材的選擇 渠灌區(qū)由于具有控制面積大、輸水流量大、輸配水系統(tǒng)層次多、地形復(fù)雜、 線路長、管網(wǎng)水壓力分布復(fù)雜等特點，因此在管材選擇上要充分考慮其特點。其 中， 中小口徑的管材選擇與井灌區(qū)基本一致

12、；大口徑管材和管件國內(nèi)目前主要以 HDPE 高密度聚乙烯管為主。 （五）地面移動管道的選擇 乙烯塑料軟管、涂膠軟管、橡膠管、橡塑管等。 選擇時要求管材壁厚均勻，表面光滑平整，沒有斷線、抽筋、松筋、內(nèi)外槽、 脫膠、氣孔和涂層夾雜質(zhì)等缺陷。 典型工程效益分析：香營鄉(xiāng) 3000 畝蔬菜基地自壓管道節(jié)水灌溉工程，以白 河堡水庫北干渠為水源地， 設(shè)首部沉淀過濾池和調(diào)節(jié)池各一座， 配套 D315 管 2410 米，D200 管 4000 米，D160 管 650 米，D110 管 35700 米，出水口 640 套、自壓 管道節(jié)水灌溉系統(tǒng)完成后， 項目區(qū)的面貌發(fā)生了根本性變化，灌溉條件得到明顯 改善。經(jīng)濟

13、效益、社會效益、生態(tài)環(huán)境效益有了顯著變化，在全縣的節(jié)水灌溉建 設(shè)和管理上起到了真正的示范樣板作用， 對延慶縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機制改革和農(nóng)業(yè)種植 結(jié)構(gòu)調(diào)整具有深遠意義。 經(jīng)濟效益分析 通過節(jié)水灌溉工程的建設(shè)， 改善了當?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，結(jié)合農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu) 調(diào)整和名、特、優(yōu)、新品種的發(fā)展，必將會提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加當?shù)?農(nóng)民收入。 1、 增產(chǎn)效益 農(nóng)田實行節(jié)水灌溉后， 由于減少了渠道和田埂占地，可增加作物有效種植面 積，并能適時灌水，提高灌水質(zhì)量，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。每畝按 2000Kg 產(chǎn)量， 單價按 1.2 元/Kg 計，每畝增加收入 1250 元，每年可增加收入 375 萬元。 2、 節(jié)水效益

14、 與土渠灌溉相比，自壓管道灌溉每畝每年可節(jié)水 100m3；項目區(qū)年節(jié)水總量 為 30 萬 m3。每方水按 0.12 元計，可節(jié)水水費開支 3.6 萬元。節(jié)水轉(zhuǎn)移效益按 每方水 0.08 元計，每年可增加效益 2.4 萬元。 3、 省工效益 自壓管道灌溉每畝每年可節(jié)省人工 3 工日， 項目區(qū)每年節(jié)省人工 9000 工日， 節(jié)省人工支出 18 萬元。 4、 節(jié)地效益 據(jù)測算， 管溉可增加有效種植面積 5%左右，項目區(qū)可增加有效種植面積 150 畝。 實踐證明：自壓管道灌溉系統(tǒng)節(jié)水效果明顯，減少了水資源的浪費，緩解 了當?shù)氐乃Y源供需矛盾， 提高了當?shù)氐墓喔人胶娃r(nóng)業(yè)抗旱能力，促進了農(nóng)業(yè) 產(chǎn)業(yè)制度改

15、革和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整。運用自壓管道灌溉系統(tǒng)后，每年節(jié)約用水 30 萬 m3，節(jié)約的水會為經(jīng)濟的其他發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。同時，項目區(qū)內(nèi)外 部環(huán)境和整體面貌也將發(fā)生根本性變化，不僅豐富了城鄉(xiāng)居民的“菜籃子” ，還 綠化美化了環(huán)境，改變了當?shù)剞r(nóng)民的生產(chǎn)意識、使農(nóng)民認識到節(jié)水改造的好處， 深深體會到水利是農(nóng)業(yè)的命脈，只有水利設(shè)施的發(fā)展，才能改變農(nóng)業(yè)的面貌，才 能富裕農(nóng)民。 附錄-托普物聯(lián)網(wǎng)簡介 托普物聯(lián)網(wǎng)是浙江托普儀器有限公司旗下的重要項目。 浙江托普儀器是國內(nèi) 領(lǐng)先的農(nóng)業(yè)儀器研發(fā)生產(chǎn)商， 依據(jù)自身在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研發(fā)實力，和自主研發(fā)的配 套設(shè)備，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域嶄露頭角！ 托普物聯(lián)網(wǎng)以客戶需求為源頭，

16、 結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、 通信技術(shù)、 計算機技術(shù)、 GIS 信息技術(shù)，以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，竭誠為傳統(tǒng)行業(yè)提供信息化、智能化的產(chǎn)品與 端到端的解決方案。主要有：大田種植智能解決方案、畜牧養(yǎng)殖管理解決方案、 食品安全溯源解決方案、 食用菌種植智能化管理解決方案、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理解決方 案、溫室大棚智能控制解決方案等。 托普物聯(lián)網(wǎng)三大系統(tǒng)產(chǎn)品 我們知道物聯(lián)網(wǎng)主要包括三大層次，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層。因此托普 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品主要以這三個層次延伸，涵蓋了感知系統(tǒng)（環(huán)境監(jiān)測傳感設(shè)備） 、傳 輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡(luò)） 、應(yīng)用系統(tǒng)（終端智能控制平臺。 ） 托普物聯(lián)網(wǎng)模塊化智能集成系統(tǒng) 托普物聯(lián)網(wǎng)依據(jù)自身研發(fā)優(yōu)勢，開發(fā)了多種模塊化智能集成系統(tǒng)。 1、傳感模塊：即環(huán)境傳感監(jiān)測系統(tǒng)。它依據(jù)各類傳感設(shè)備可以完成整個園區(qū)或 完成對異地園區(qū)所需數(shù)據(jù)監(jiān)測的功能。 2、終端模塊：即終端智能控制系統(tǒng)。它可以完成整個園區(qū)或遠程控制異地園區(qū) 進行自動灌溉、自動降溫、自動開啟風機，自動補光及遮陽，自動卷簾，自動開 窗關(guān)窗，自動液體肥料施肥、自動噴藥等各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自動控制。 3、視頻監(jiān)控模塊：即實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)。主要是通過監(jiān)控中心實時得到植物生 長信息，在監(jiān)控中心或異地互聯(lián)網(wǎng)上既可隨時看到作物的實時生長狀況。 4、預(yù)警模塊：即遠程植保預(yù)警系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^聲光報警、短