伊犁河南岸灌区自压输水管网试运行存在的问题及对策

伊犁河南岸灌区自压输水管网试运行存在的问题及对策刘小飞王健母利新疆农业大学水利与土木工程学院新疆生产建设兵团勘测规划设计研宄院摘要：农业用水是新疆水资源的最大用户，自压管道输水因其输水利用系数高、使用年限长等优点作为高效节水灌溉技术在新疆应用广泛。针对现状管网后期运行管理经验缺乏、运行管理不到位的突出问题，己严重影响灌区管网系统的安全奋效运行，以自压输水管网在新疆伊犁河南岸干渠20干管试运行屮存在的水质、过滤系统、运行管理等方而的问题进行分析，通过改变疏导洪水方式、增设拦污网、修建沉沙池、合理配置过滤器和强化运行管理等措施解决管网运行管理阶段出现的严峻问题，通过探索和总结设计、运行管理方面的经验，为自压输水管网的建设打下基础，为新疆类似灌溉工程提供借鉴。关键词：自压输水管网;水质;过滤系统;伊犁河南岸灌区;作者简介：刘小飞，男，主耍从事节水灌溉等方面的工作。E-mail:673182794@qq.com收稿日期：2017-06-30基金：自治区产学研联合培养研宂生示范基地项目(xjaucxy-yis-20152029)TheProblemsandCountermeasuresofSelf-pressurizedWaterPipelineNetworkDuringTrial-operationinIrrigatedAreaofSouthBankofYiliRiver LIUXiaofeiWANGTianMULiCollegeofWaterConservancyandCivilEngineeringXinjiangAgricultureUniversity;XinjiangFormationofProductionandConstructionInvestigationDesign&ResearchInstitute;Abstract：AgriculturalwateristhelargestwaterresourcesuserinXinjiang.Self-pressurizedpipelinewatertransportationhasbeenwidelyusedinXinjiangasanefficientwater-savingirrigationtechnologybecauseofitshigh-efficiencyutilizationandlongservicelife.Inviewofthelackofexperienceandthepoormanagement,thesafetyandeffectiveoperationofirrigationnetworksystemhasbeenseriouslyaffected.Thispaperanalyzedtheproblemsof20mainpipelinesduringtrialrunning,includingwaterquality,filtrationsystemandoperationmanagement.Thispapertrendedtosolvetheproblemsbychangingdredgingmeasure,addingbarriernet,buildingdesiltingbasin,allocatingfilters,improvingoperationmanagementandsoon.Byexploringandsummarizingtheexperienceofdesignandoperationmanagement,itlaidthefoundationforconstructionofself-pressurizedwaterpipelinenetworkanditprovidedreferencesforsimilarirrigationprojectsinXinjiang.Keyword：self-pressurizedwaterpipelinenetwork;waterquality;fi1trationsystem;irrigatedareaofsouthbankofYiliRiver;Received：2017-06-30新疆是内陆干旱地区，“沙漠绿洲、灌溉农业”是其显著特点，农业灌溉用水量占总用水量的92.87%，尤其是阿勒泰、阿克苏、喀什、和田等地区灌溉用水量占到用水总量的95%U1以上，随着新疆社会经济的快速发展，水资源供需矛盾口益突出，干旱缺水已成为制约新疆经济发展的主要因素之一。因此，在新疆发展节水灌溉技术，建立节水农业，提高农业用水的利用效率势在必行。随着高效节水灌溉技术的推广，节水灌溉已从早期的喷灌、滴灌，不断发展到低压管道输水灌溉、膜上灌溉，并且取得了很大的成效M。据统计，截止到2014年底，新 疆灌溉面积已达到4857.66千hm,其中节水灌概面职已达到2273.58千hm,占灌溉面积的46.80%[3]。新疆是典型的绿洲灌溉农业，灌区主要分布在山前冲积平原和河谷地带，河流沿白然地形由高III流入平原。特殊地形条件为自压节水灌溉提供了地形保证，为农田灌溉提供了足够的工作水头。低压管道输水灌溉系统中，自压输水系统因采用管道输水，水的利用系数高达0.95以上，加之管道输水工程结构简单、成本低、运行管理方便、使用年限长，管道埋入地下受破坏程度小等特点U1，低压管道输水灌溉己在新疆大面积推广，如新疆克拉玛依大农业区、皮墨垦区、新疆阿克苏地区柯平县均已完成管道输水并实现自压高效节水灌溉，且实施效果较好。灌区发展自压管道灌溉是建设节水农业的重要技术手段，在地形条件满足的情况下应大力推广，节约水资源同时，进一步增加农业产量，提高灌溉效率。伊犁河南岸的察布査尔县（以下简称察县）自流灌区位于伊犁河南岸干渠与察南渠之间的冲洪积倾斜平原上，东起“八十一大坂”西侧，西至都拉塔门岸，东西长90余千米,南北宽13km。地势西高东低、南高北低，海拔高程650〜823m,东西向纵坡0.25%。〜1.67%,南北向纵坡15%。〜28%。。规划土地面积76413hm,其中灌溉面积68667hm,共分27个节水灌溉系统（简称1一27干管系统），每个系统灌溉面积在1800、867hm之间边1,伊犁河南岸干渠灌区位置关系示意,见图1。 尔G特克其恰甫其海水利枢纽特克斯涧VI岸干渠（图1伊犁河南岸干渠灌区位罝关系示意下载原图以伊犁河南岸干渠察县自流灌区20干管系统水利工程为代表。20干管系统位于察县四乡境内，向东、向西分别与19、21干管系统相接，南与南岸干渠毗邻，北以察县察南渠为界。南北长11.3km,东西宽4.65km。20干管系统共划分为4个灌溉型式区，分别为:管道灌区、纯喷灌区、喷滴结合区、纯滴灌区，灌溉分区见表1。 2自流灌区试运行存在的主要问题20干管系统水利工程自2009年11月3日开始试运行后，最初2个月运行情况基本正常，但自洪水进入南岸干渠后，南岸干渠供水水质出现异常，20干管开始出现沉砂池和稳流池拦污网变形、过滤器堵塞、K游灌区流量、压力不能保证等情况，导致田间喷、滴灌不能正常运行［5］。表1灌溉分IX类型下载原表灌区型式作物类型所处管道管道灌区玉米20-1分干管~20-2分干管纯喷灌区小麦、牧草等20-3分干管〜2G-16分干管喷滴结合区小麦、青贮玉米等20-17分干管。20-21分干管和20-26分干管纯滴灌区棉花、玉米、大豆等20-22分干管~20-25分干管和20-27分干管~20-30分干2.1水质方面水质恶化是导致灌溉系统出现问题的重要因素，已严重影响管网系统的安全有效运行。从试运行的情况分析，水质问题主要原因是南岸干渠沿线有多处纳洪口,将南岸干渠南侧汇集的洪水直接引入南岸干渠，从而严重影响了灌溉水质，使南岸干渠来水的水质情况完全超出了原设计对特克斯河来水的分析。水质中有机物、无机物等主要杂质超标是造成过滤系统堵塞的根本原因。有机物有各种藻类、浮游植物、枯枝败叶等，大颗粒的有机杂质能被过滤掉，但 很多细小的藻类分解后仍能进入管道，继而在管道中不断絮结，从而堵塞灌水器。 无机物主要是黏土、砂粒等固体颗粒，黏土会不断地凝聚成大颗粒，砂粒粒径过大而不能通过灌水器，容易滞留在灌水器流道U，造成堵塞。2.2过滤系统方面伊犁河南岸灌区以特克斯河河水作为灌溉水源，田间灌溉方式采用喷滴灌结合方式，其屮过滤精度要求喷灌为80目、滴灌为120目，设计上根据过滤器的过流面积与田间灌溉方式等因素选择过滤器网眼目数为120目。自洪水进入南岸干渠后，伴随大量的有机物与泥沙颗粒进入管网系统，其过滤器滤网的有效过流面积不断缩小，过流能力不能达到设计要求，不能满足H间灌溉用水要求，灌水器的堵塞直接导致过滤系统的瘫痪。2.3运行管理方面以伊犁河南岸灌区农田水利工程为典型代表，长期以来运行管理阶段的问题突出，主要表现在以下几个方面。a）重建轻管，管理意识缺乏，资源浪费问题突出。农田水利工程重建轻管的现象普遍存在，对工程完工后运行管理情况严重忽视，没有建立确保农田水利工程高效利用的保障机制，导致其缺乏有效监管，作用发挥受到限制，资源浪费问题突出。例如有农户乱幵阀门的现象，一次灌水吋间过长，以及将原喷灌改造成地表明流、沟畦灌的情况均有发生。b）运行管理体制不完善。从目前来看，农田水利工程的管理主要由乡（镇）级别的政府单位负责，其管理体制不完善，导致责、权、利不明确，管护责任和管护措施未落到实处。c）管理方法缺乏科学性，工程管理效率有待提高。对农田水利工程进行有效的维护和管理才能更好的发挥工程效益、确保管网安全、延长管道使用寿命。在实际运行管理中，仍存在着管理工作重要性认识不足等情况。主要表现有:缺乏系统的维护管理体制，维护管理方法、手段单一，缺乏科学性，没冇做到结合工程的实际情况进行有效的管理，工程管理效率低。3处理方法与对策3.1改变疏导洪水方式为杜绝扬水灌区洪水和灌溉余水进入南岸干渠，必须改变疏导洪水方式。应避免南岸干渠渠水进入灌区灌溉系统，影响水质的水源是洪水，因此需要加快扬水灌区防洪工程建设，将上游洪水及灌溉余水及时排到下游泄洪通道中；若扬水灌区防洪工程不能及时修建，建议在南岸干渠南侧修建临时截洪排水渠，将洪水和灌区退水疏导至现有排洪通道中；如因地形等条件所限，无法疏导至排洪通道, 也可跨越南岸干渠，将洪水或退水导入自流灌区，由自流灌区修建排洪通道进行处理。3.2增设拦污网修建拦污网，网片径丝5mm,网R为120mmX120mm,可拦截大的杂质［6］，但对过滤设施影响最大的杂质是泥沙以及洪水中挟带的大量细碎杂草、植物根须、腐殖质等柔性杂质，这些柔性杂质具有黏附性，附着在过滤器内难以清除，会造成过滤器过水断面减小，影响过水量，并引发故障。因此增设拦污M只能减少某些杂质含量，作为辅助设施，另外需要管理上配合。3.3修建沉沙池若挟沙水中的泥沙颗粒大于设计沉降粒径的悬移质泥沙颗粒，以减少水流中含沙量修建的水工建筑物称作沉沙池。灌溉系统中的沉沙池通常分为直线形和曲线形沉沙池等m，引洪灌溉导致水中泥沙浓度超过200mg/L，需进行水质净化处理，沉沙池出池泥沙粒径应控制在小于0.05mm以下，不小于0.05mm粒径的泥沙沉降率应达到80%飞5%,自流灌溉沉沙池出池含沙量的控制，应以干、支渠输沙平衡不产生淤积为标准M。通过修建沉沙池可有效减少水中的泥沙含量，因洪水携带的大量泥沙，沉沙池作为泥沙的初级处理仍需配置相应的过滤设备，才能满足田间灌溉系统对水质的要求。3.4合理配置过滤设备灌溉系统可以正常、稳定、耐用、安全、有效的运行和水质净化设施的性能、质量以及过滤器的正确配置密切相关，选择标准应根据水源条件和灌水器的耍求，合理选用过滤设备是防止灌溉系统堵塞的首要工作，对保证系统长期安全运行有重要作用m。过滤设备的选型主要根据灌溉水源的类型和所含污染物的种类及含量确定，见表2［10］。在配置方式上，不同的过滤设备具有不同的功能，对不同的污染物采用不同类型的过滤设备，针对20干管管网的水质，过滤设施应选用“旋流水砂分离器+砂过滤器+滤网过滤器”的分配模式，这种模式主要用于沉淀池沉淀后，地表水水质较差的情况。表2灌水器用于不同水源时过滤设施选配卜载原表 水酸型水质条件水!含沙量＞10mg/L旋流水砂:地下水（井水）含沙量＜10mg/L/[/铁化合鞠含龍或流量需调节沉淀池雲悬浮物含量》1000mg/L,含餚大拦污栅+i分离器+8!悬浮物含量500〜1000mg/L，拦污栅河水含沙量中等，有鵬较多滤器悬浮物含量100~500mg/L，拦i含沙量中等，概物较少滤器悬浮物含量＜1⑻mg/L，有机物与无机物雜较少拦污栅+i地表水泥沙含量》400mg/L，拦i有机物含量-般滤器泥沙含量200~400mg/L，拦污j渠水、库有机物含量一般砂过滤水、湖水泥沙含量10〜200mg/L，有机物含量一般泥沙含量＜10mg/L，滤器拦闻有鵬含量少 旋流式水砂分离器是用于过滤水中高密度大颗粒的固体颗粒，对于有机物或密度接近水的杂质或流量起伏大的灌溉系统，其过滤效果差，不宜单独使用，只是作为微灌工程首部枢纽的一个初级过滤设施，必须与筛网或叠片过滤器串联组合使用。砂滤器的主要功能是过滤掉水中的有机杂质、浮游生物和一些小颗粒泥沙，过滤效果较好。若水中有机物含量超过10mg/L,均应选用此种过滤器。砂滤罐反冲洗通常是多罐联合运行，在运行时为防止污染物进入灌溉系统，应安装筛网或与叠片过滤器相组合使用，确保系统安全运行。筛网过滤器又称滤网过滤器，对于无机杂质的处理是最为有效的，主要适用于水质好的情况，当水质不好应与其它形式的过滤器组合使用，往往作为末级过滤设备。过滤时，以确保过滤器之间的压力差之前和允许的范围内，必需采取适当的管理措施。最有效的方法是当压力差达到一定值时，对过滤器进行清理或定期清理，保证过滤器的完整性，保证系统的安全有效运行。在配置形式上，管网系统采用二级过滤处理，一级子干管上采用旋流水砂分离器，过滤器精度为80目，可过滤水中大颗粒的固体颗粒，作为初级过滤设备。二级分干管上采用砂石+网式过滤器，砂石过滤器是介质过滤器的一种，过滤精度为80目可分离水中的水藻、漂浮物等有机杂质。筛网过滤器为片状过滤，过滤精度为120目可冇效过滤掉低于1200的冇机物杂质，按照二级过滤处理其完全满足喷滴灌对水质的要求。3.5强化运行管理针对农田水利工程运行管理阶段出现的问题，制定相应的对策措施［11-12］，主要措施如下。a）提高维护管理意识，加强专业维护管理技术能力培训。田间灌溉作为一种灌水技术，需要对其相关使用人员进行培训，才能充分Y解相关的必要知识，掌握灌溉系统的运行管理的操作。首先，要充分认识到农田水利工程在促进地方农业发展中的重要作用，树立起正确的维护管理观念，并积极宣传，提高农民的维护管理意识，以充分发挥群众的力量，共同对工程进行维护。其次，掌握一定的专业维护管理技术能力是进行有效维护管理工作的基础，因此，应该重视和加强专业维护管理技术培训工作，定期的对相关管理人员和农民进行业务技能培训，以不断提高水利工程维护管理效率和质量。b）完善工程管理制度，实现维护管理规范化。农田水利工程维护管理制度的不完善严重影响了运行管理工作的开展及有效性，因此，必须完善现有的维护管理制度，逐渐实现维护管理的规范化，以提高管理的质量。首先，为确保农田水利维护管理工作得到有效的贯彻和执行，必须明确各管理单位及人员的职责，并对相关的管理行为进行一定的约束。其次，针对工程运行管理屮的一些管理盲区，要进行全而的研允，并制定规范化的管理方案和措施，提高管理工作的针对性。 C）构建完善运行维护管理体系，创新管理模式。维护管理体系的不完善以及老旧的管理模式是农W水利工程运行管理工作不到位的主要原因，因此，要真正贯彻落实好农田水利工程运行的维护管理工作，就要构建完善的运行维护管理体系，创新管理模式。由于农□水利工程多由乡镇级别的政府单位进行维护管理,建立完善的管理体系就显得更为重要。完善的管理体系，首先要充分结合农田水利工程的实际情况来调动各方面的维护管理力量，通过有机整合乡镇的政府基层机构，对工程运行进行实时性管理。其次，在管理过程中，要不断学习和借鉴其他地方的先进管理经验，创新管理模式，提高技术服务管理水平。4结论干旱缺水己成为制约新疆发展的重耍因素，新疆独特的地理优势为自压节水灌溉提供了地形保证，为农田灌溉提供了足够的工作水头。针对新疆农业用水比重大、水资源浪费严重、水资源紧缺的现状，发展高效自压节水灌溉前景广阔，虽已在新疆大面积推广，但运行管理阶段仍存在经验不足等问题，无法保障灌区灌溉系统安全、有效的运行。通过对伊犁河南岸干渠察布查尔县H流灌区试运行期的运行效果分析，暴露出一些技术上、管理上的问题，水质恶化是其根本原因,过滤系统瘫痪是其直接原因，后期运行管理不到位是其重要原因，通过和应的解决方案可以看出。a）改变疏导洪水方式，杜绝扬水灌区洪水和灌溉余水进入南岸干渠，是解决水质恶化最为直接的方法。b）增设拦污网，拦截杂草、植物根须、腐殖质等柔性杂质;修建沉沙池，减少泥沙含量使出池泥沙粒径小于0.05mm以下，不小于0.05mm粒径的泥沙沉降率达到80%〜85%，作为水质的初级处理措施。c）合理配置过滤设备，根据不同水源类型与水质条件下选配合理的过滤设施，采用二级过滤处理确保灌溉系统可以正常、稳定、耐用、安全、有效的运行;强化运行管理，提高维护管理意识，加强专业维护管理技术能力培训，完善工程管理制度，实现维护管理规范化，构建完善运行维护管理体系，创新管理模式是水质处理与保障管网安全有效最为关键的措施。本文通过对伊犁河南岸干渠察布査尔县自流灌区试运行出现的问题进行分析，提出合理化的解决建议，以便对自压输水管网今后的设计、建设、运行起到了有益的指导和借鉴作用。参考文献[1]岳春芳，侍克斌，齊伟.新疆水资源开发方式的利弊分析[J].节水灌溉,2014（7）:60-62.[2]苏荟.新疆农业高效节水灌溉技术选择研宄[D].石河子:石河子大学，2013. 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