管道輸水灌溉工程由水泵加壓或自然落差形成有壓水流，通過hdpe灌溉管道輸送到田間給水裝置，并采用地面灌溉，具有節(jié)水、節(jié)地、省勞、増產(chǎn)、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，正在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大范圍 推廣應(yīng)用。水利部等 5 部委 2016 年 發(fā)布的《“十三五”新增 1 億畝高效節(jié)水灌溉面積實(shí)施方案》明確指出：“十 三 五”期間，全國將新增高效節(jié)水灌溉面積1億畝（1畝=1/15 hm2 ，下同）， 其中PE管道輸水灌溉面積 4015 萬畝。 在實(shí)際推廣應(yīng)用中，pe農(nóng)田灌溉管道的淤堵問題始終是一個無法回避的技術(shù)問題。 此問題雖然不像滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞那樣備受關(guān)注，但隨著管道輸水灌溉工程推廣范圍的擴(kuò)大與運(yùn)行時間的延續(xù)，此問題也逐漸顯現(xiàn)并影響灌溉管網(wǎng)的正常運(yùn)行?！豆艿垒斔喔裙こ碳夹g(shù)規(guī) 范》（GB/T 20203-2017）規(guī) 定：采用多泥沙水源時，PE管道輸水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流速應(yīng)大于管道臨界不淤流速。 管道臨界不淤流速宜通過試驗(yàn)確定；缺乏試驗(yàn)條件時，可按附錄 A 規(guī)定的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 然而灌溉管道淤堵問題并非只有引黃灌區(qū)或以多沙河流為灌溉水源的灌區(qū)會遇到，南方平原河網(wǎng)灌區(qū)同樣會遇到管道淤堵問題，而且以生物淤堵為特征的管道淤堵問題遠(yuǎn)比單純的懸移質(zhì)多沙水流為特征的物理淤堵問題復(fù)雜，準(zhǔn)確確定不淤允許流速的閾值更加困難。受農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)與灌水習(xí)慣等因素的影響，設(shè)計(jì)中的灌 溉分區(qū)往往不能按既定目標(biāo) 實(shí)現(xiàn)，使得PE農(nóng)田灌溉管網(wǎng)的運(yùn)行會偏離設(shè)計(jì)工況，管網(wǎng)中各管段的斷面平均流速常常偏離設(shè)計(jì)值。因此研究PE管道輸水灌溉工程管網(wǎng)淤堵問題仍然有重要的應(yīng)用價值。本文分析了農(nóng)田管道輸水灌溉中的淤堵原因與防控措施。農(nóng)田灌溉管道輸水過程中的淤堵問題困擾著管道輸水灌溉工程的推廣應(yīng)用，直接影響管道輸水灌溉工 程的正常運(yùn)行與使用年限。通過對管道輸水灌溉工程中管道淤堵原因分析，提出了農(nóng)田灌溉管網(wǎng)淤堵防控措施。針對農(nóng)田灌溉管網(wǎng)淤堵機(jī)理相對復(fù)雜、理論研究尚不深入的現(xiàn)狀，建議從水源水質(zhì)管理、灌溉管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理等方面入手，進(jìn)一步研究灌溉管網(wǎng)淤堵防控的綜合性技術(shù)措施，以最大限度提高管道輸水灌溉工程使用壽命，維持灌溉輸水管網(wǎng)高效運(yùn)行。輸水灌溉管網(wǎng)淤堵的可能原因，對農(nóng)田輸水灌溉管網(wǎng)淤堵防控措施進(jìn)行探討，力求從管道輸水灌溉工程設(shè) 計(jì)、施工、運(yùn)行管理與后期管護(hù)等 方面入手，降低管網(wǎng)淤堵風(fēng)險，提高管道輸水灌溉工程運(yùn)行的可靠性。

一、淤堵原因 

1.物理淤堵

物理淤堵主要是灌溉水中含有的微小有機(jī)懸浮物和微小固體顆粒物引起的管道淤堵。一般包括藻類、水生植物和浮游動物的殘體殘屑、淤泥質(zhì)顆粒等。 其中，粒徑小于 0.074 mm 的 黏粒很容易在流場流速小而紊動作用較弱的情況下，出現(xiàn)凝結(jié)、沉淀。當(dāng)灌溉水源為河流、輸水渠 道時，水體中通常含有一定數(shù)量的懸移質(zhì)泥沙，一旦進(jìn)入hdpe灌溉管道，隨著管道流速的降低或運(yùn)行過程中某一段管道積水等，都可能發(fā)生沉積，附著在管壁上。當(dāng)首部有水肥一體化設(shè)備時，水溶肥可能存在未徹底溶解的懸浮性微粒也同樣會在管壁附著，逐漸引發(fā)管道物理淤堵。從灌溉輸水PE管網(wǎng)的運(yùn)行工況來看，農(nóng)田灌溉PE管網(wǎng)通常是間歇性輸水，運(yùn)行工況受農(nóng)田種植結(jié)構(gòu)、降雨、灌水習(xí)慣等諸多因素影響，管道流速會出現(xiàn)不同程度的變化，導(dǎo)致靜水淤堵和動水淤堵都可能發(fā)生。靜水淤堵的產(chǎn)生通常由于管網(wǎng)系統(tǒng)未設(shè)置排水排沙設(shè)施或灌溉過程結(jié)束時未及時放空沖洗管道。動水淤堵主要發(fā)生在灌溉管網(wǎng)運(yùn)行過程中，隨管網(wǎng)工作狀態(tài)的變化，管道壓力與流速發(fā)生相應(yīng)的波動，當(dāng)管道流速小于相應(yīng)含沙量時的不淤允許流速時，水流的挾沙能力又不足以挾帶水中的懸移質(zhì)繼續(xù)前進(jìn)，這時就可能出現(xiàn)運(yùn)行過程中的動水淤堵。

2.化學(xué)淤堵 

化學(xué)淤堵與水中化學(xué)物質(zhì)的種類密切相關(guān)。以地下水為灌溉水源的地區(qū)，如果該區(qū)域地下水中的碳酸鹽、硫酸鹽含量較高，則容易出現(xiàn)輸水PE管道水垢沉積，沉積物主要成分為硫酸鈣、碳酸鈣、碳酸鎂等。在水肥一體化實(shí)施過程中，無機(jī)肥料中磷酸鈣鎂、硫酸鈣、磷酸鐵等難溶性化學(xué)物質(zhì)也容易在管壁沉積。某些有機(jī)肥料及灌溉水中含有的大分子有機(jī)物則可能發(fā)生絮凝沉淀。以平原河網(wǎng)區(qū)地表水為灌溉水源的管道輸水灌溉工程，因該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平往往比較高，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象比較突出，hdpe灌溉管網(wǎng)中殘留的水體營養(yǎng)鹽往往成為藻類和微生物繁殖生長的溫床，化學(xué)物質(zhì)加速生物淤堵。從實(shí)際情況來看，PE管道中逐年累積沉淀的水垢層和微生物累積層一般是很難徹底清除的。在給水管網(wǎng)中常用的管道清洗技術(shù)是高壓沖洗，但不少農(nóng)田灌溉管網(wǎng)在設(shè)計(jì)階段并沒有考慮管道高壓沖洗需要，或?yàn)榱斯?jié)省管網(wǎng)造價，或受制于管網(wǎng)地形布置，在實(shí)際工程中，很多管道輸水灌溉管網(wǎng)不具備高壓沖洗功能，導(dǎo)致PE管道的運(yùn)行狀況越來越差。

3.生物淤堵

生物淤堵是指水中的生物質(zhì)（包括藻類、浮游動物、細(xì)菌黏質(zhì)等）在管道系統(tǒng)不斷増長繁殖，并在管壁附著生長，通俗形象地稱其為灌溉管道生長環(huán)。 在天然地表水環(huán)境中，細(xì)菌等微生物很少以游離態(tài)存在，90％以上的微生物都會附著到固體基質(zhì)表面，管壁毫無例外地成為微生 物的附著壁面。這些組分復(fù)雜附生生物膜，主要是由微生物群體（細(xì)菌、原生動物、真菌等）、無機(jī)礦物顆粒和有機(jī)聚合物基質(zhì)（胞外多聚物質(zhì)、腐殖質(zhì)等）等組成，表現(xiàn)為一種表面特征復(fù)雜的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些微生物群體在生長和增殖過程中，會分泌黏性的胞外多聚物，保證了附生生物膜整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并進(jìn)一步吸附水源中的懸浮顆粒物、微生物、有機(jī)質(zhì)等，導(dǎo)致附生生物膜結(jié)構(gòu)不斷増長。而農(nóng)田灌溉水源 中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的富集，又為PE灌溉管道中藻類及其他微生物的生長提供了良好環(huán)境。水體中的微生物在管道系統(tǒng)內(nèi)壁面不斷地附著——生長——脫落——衰亡，當(dāng)附生生物膜的生長厚度增加到一定程度，附著力會減小，在水流脈動和水力剪切力的共同作用下，生物膜會脫落。 這又進(jìn)一步加劇了生物淤堵的發(fā)生 ，對微灌系統(tǒng)而言，這是致命的堵塞物質(zhì)，將引起灌水器報廢。從實(shí)際情況來看，地表水源中的微小顆粒物、有機(jī)質(zhì)、化 學(xué)沉淀等物質(zhì)難以完全消除，必然會在附生生物膜上富集，與之發(fā)生相互的黏附累積，降低PE灌溉管道過流能力。

二、淤堵防控措施

從前述原因分析可知，農(nóng)田灌溉水源中殘存的懸浮顆粒物、水體PH值、含鹽量、微生物種類與數(shù)量、化學(xué)沉淀物種類與數(shù)量、有機(jī)質(zhì)含量、氮磷營養(yǎng)物含量等，是管道出現(xiàn)淤堵現(xiàn)象的內(nèi)因。管道 結(jié)構(gòu)形式的任何變化，都可能導(dǎo)致流場流速分布狀況的變化，出現(xiàn)局部低流速、靜水區(qū)在所難免，而灌溉管網(wǎng)的間歇性運(yùn)行，尤其是灌水周期、灌水頻率、工作壓力、工作范圍或區(qū)域等因素，也會引起管網(wǎng)系統(tǒng)工作狀態(tài)的改變，這些都是導(dǎo)致hdpe管道淤堵現(xiàn)象發(fā)生的外因。 認(rèn)清引起PE農(nóng)田灌溉管道淤堵的原因，就能夠有針對性地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，其防控措施分述如下。 

1.控制灌溉水源水濁度

農(nóng)田灌溉水質(zhì)必須符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2005）。 該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的控制項(xiàng)目共計(jì)27項(xiàng)， 其中農(nóng)田灌溉用水水質(zhì)基本控制項(xiàng)目16項(xiàng)，選擇性控制項(xiàng)目11項(xiàng)。 這些基本的理化檢測指標(biāo)主要是為了防止土 壤、地 下 水 和 農(nóng) 產(chǎn) 品 污 染，保證農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和保障人體健康，與農(nóng)田灌溉 管道防控淤堵關(guān)系并不大。 《微灌工 程設(shè)計(jì)規(guī)范》對水源中懸浮固體物、硬度、不溶固體、pH值以及Fe、Mn 和H2S含量的閾值提出了規(guī)定， 且規(guī)定進(jìn)入微灌管網(wǎng)的水不應(yīng)有大粒徑泥 沙、雜草、魚卵、藻類等物質(zhì)”，主要是為了防止灌水器堵塞，至于輸水管網(wǎng) 的淤堵問題，并未給予特別關(guān)注?！豆艿垒斔喔裙こ碳夹g(shù)規(guī)范 》（GB/T 20203-2017）只是從管網(wǎng)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對防控灌溉水中的懸移質(zhì)泥沙提出了不淤允許流速控制條件，但PE農(nóng)田灌溉管網(wǎng)的運(yùn)行并非只有設(shè)計(jì)工況，管道中的流速變化也較大，且灌溉水源的水質(zhì)除了懸移質(zhì)泥沙之外，還有其他微生物、有機(jī)懸浮物等存在。 按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084-2005）控制農(nóng)田灌溉水質(zhì)，按照《管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T 20203-2017）控制管網(wǎng)流速大于不淤允許流速，并非能有效防控管網(wǎng)輸水過程中的淤堵，應(yīng)控制灌溉水源水的濁度，以最大限度降低管網(wǎng)淤堵風(fēng)險。

2.構(gòu)筑多級沉淀過濾系統(tǒng)

從管道輸水灌溉工程長期正常穩(wěn)定運(yùn)行的角度考量，有必要構(gòu)筑多級沉淀過濾系統(tǒng)，以盡可能減少灌溉水中含有的顆粒懸浮 物、微生物、藻類 、水草等 ，降低水源與濁度，降低管壁結(jié)垢風(fēng)險或減緩灌溉管道內(nèi)壁生長環(huán)的生長速度。盡管有相關(guān)研究提出可采用磁化技術(shù)對灌溉水 進(jìn)行前處理，或添加化學(xué)制劑、生物菌劑等對灌溉水進(jìn)行后處理，以減輕淤堵問題，但水處理成本相對較高 ，某些殺藻劑 、殺菌劑（水霉 菌）、管道清潔劑（一般是酸性化學(xué)物質(zhì)）等會對農(nóng)作物生長帶來不利影響，實(shí)際工作中也很少應(yīng)用。 換言之，農(nóng)田灌溉水不可能也沒有必要像自來水一樣進(jìn)行預(yù)處理，其處理成本也是灌溉工程不可能承受的，只能采取造價相對低廉的沉淀過濾系統(tǒng) 。初步設(shè)想的多級沉淀過濾系統(tǒng)應(yīng)由以下三部分組成：
①攔污柵。在水源取水口設(shè)置多級多規(guī)格攔污柵，以攔截河流底部較大粒徑的推移質(zhì)泥沙以及枯枝敗葉、水草等水面漂浮物，實(shí)現(xiàn)水源的初級清潔。
②沉淀池。 根據(jù)懸移質(zhì)泥沙的粒 徑與水源水質(zhì)特點(diǎn)，在攔污柵后設(shè)置沉淀池。沉淀池應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦吻闆r、地質(zhì)條件、來水水質(zhì)狀況等，通過多方案比較，確定其結(jié)構(gòu)型式。沉沙池應(yīng)具有排沙、沖沙功能，以去除池底沉積的泥沙等雜物。沉沙池應(yīng)盡可 能具備較大的容積，以兼具澄清、絮凝作用。在地表水環(huán)境狀況普遍較差的現(xiàn)實(shí)條件下， 根據(jù)需要與可能，設(shè)計(jì)必要的輔助性水環(huán)境改善措施，如設(shè)置適量的生物浮床，養(yǎng)殖適量的食藻食草生物等，以達(dá)到在沉淀池改善 水質(zhì)之目的。
③砂石過濾系統(tǒng)。 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)對灌溉水水質(zhì)要求更高時， 可考慮設(shè)置砂石過濾系統(tǒng)，以進(jìn)一步 提高灌溉水質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)水源水的精細(xì)過濾。對于采用水肥一體化的項(xiàng)目，更要注意評估管道輸送過程中灌溉水質(zhì)對管網(wǎng)輸水能力的不良影響，以保證HDPE灌溉管道長期高效運(yùn)行。

3.設(shè)計(jì)上優(yōu)先保證管網(wǎng)流速達(dá)到允許流速

管道的允許流速是灌溉輸水管網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的流速，其值應(yīng)大于臨界不淤流速，且不致引起過大的水擊壓強(qiáng) 升高值。從工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理的角度考慮，當(dāng)管道流速滿足以下幾方面要求時，可以認(rèn)為達(dá)到了允許流速要求。①在設(shè)計(jì)流量下，PE管內(nèi)最小流速不宜低于0.3m/s；當(dāng)配水管網(wǎng)兼有施肥或施藥任務(wù)時，管內(nèi)最小流速不宜低于0.6m/s。②自壓管道輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流速不宜大于2.5 m/s；機(jī)壓管道輸水灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)流速不宜大于2.0m/s。③采用多泥沙水源時，管道輸水灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流速應(yīng)大于管道臨界不淤流速。從降低年運(yùn)行費(fèi)與防止PE管道水擊影響的角度考慮，要求的斷面平均流速都不可能很大。而關(guān)注管道淤堵問題，則更應(yīng)該關(guān)注不淤允許流速。不淤允許流速值的選擇，既影響輸水管網(wǎng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，也直接影響管網(wǎng)工程的年運(yùn)行費(fèi)。選擇的不淤臨界流速值偏大，無形中會增大供水水泵的設(shè)計(jì)揚(yáng)程，導(dǎo)致工程投資成本與年運(yùn)行費(fèi)增加。選擇的臨界不淤流速值偏小，又極易引起管道結(jié)垢或懸移質(zhì)泥沙沉積?！豆艿垒斔喔裙こ碳夹g(shù)規(guī)范》（GB/T 20203-2017）附錄中推薦了多泥沙水源管道輸水臨界不淤流速的計(jì)算公式，對于灌溉水中含有的有機(jī)懸浮物、藻類、微生物等情況， 則缺少相應(yīng)的不淤判斷標(biāo)準(zhǔn)或相應(yīng)的最小流速閾值。

4.加強(qiáng)工程運(yùn)行維護(hù)與管理

從運(yùn)行管理的角度考慮，加強(qiáng)工程運(yùn)行維護(hù)與管理是提高h(yuǎn)dpe灌溉管網(wǎng)使用壽命的重要舉措，是其他工程技術(shù)措施的重要補(bǔ)充，也是必不可 少的灌溉管網(wǎng)淤堵防控措施。 具體要求是：①水源工程應(yīng)進(jìn)行經(jīng)常性的維護(hù)，及時清淤、除障或整修；②停灌期間，每隔l～2個月應(yīng)進(jìn)行1 次養(yǎng)護(hù)性管網(wǎng)通水；③灌溉管網(wǎng)使用完畢之后，應(yīng)及時排空管道中的積水；④有條件的情況下，可在較高壓力條件下進(jìn)行管道沖洗，把泥沙等管道沉積物從泄水點(diǎn)排出。實(shí)際工作中，以地表水為灌溉水源的管道輸水灌溉工程很難從根本上消除水中固體微粒與水中微生物、有機(jī)懸浮物等，只能通過加強(qiáng)工程運(yùn)行維護(hù)與管理手段，提高pe灌溉管網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。 受渠灌區(qū)運(yùn)行管護(hù)習(xí)慣的影響，管道輸水灌溉工程的運(yùn)行管理依然比較粗放，有必要在政策、制度、人員、經(jīng)費(fèi)等方面給予傾斜，以便從根本上提高管道輸水灌溉工程管護(hù)水平。

三、結(jié)論和建議

管道淤堵問題不但是北方渾水灌區(qū)亟須解決的技術(shù)問題，也是南方地區(qū)利用河網(wǎng)水系發(fā)展PE管道輸水灌溉工程面臨的新問題。渾水灌區(qū)的影響因素以懸移質(zhì)泥沙為主， 研究時間比較長，有一定的研究成果，《管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范 》（GB/T 20203-2017）也推薦了不淤流速計(jì)算公式。 但對南方河網(wǎng)地區(qū)藻類與水生生物、微生物、營養(yǎng)鹽相對富足的水體而言，依然缺少相應(yīng)的灌溉輸水管道物理淤堵，化學(xué)淤堵、生物淤堵及其相互交織影響下的hdpe農(nóng)田灌溉管網(wǎng)淤堵評判方法。本文根據(jù)上述農(nóng)田灌溉管網(wǎng)淤堵的原因，結(jié)合工程實(shí)踐提出相應(yīng)的淤堵防控措施 ，以保證管道輸水灌溉工程正常穩(wěn)定運(yùn)行。從實(shí)際情況來看，由于不同灌區(qū)的灌溉水源條件、灌區(qū)地形、管網(wǎng)布置形式、農(nóng)業(yè)種 植結(jié)構(gòu)、農(nóng)民灌水習(xí)慣等基本條件差異較大，管道輸水灌溉工程的管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法又偏于簡單，通常是采用經(jīng)濟(jì)流速或經(jīng)驗(yàn)公式確定管徑，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算沿程水頭損失，使得設(shè)計(jì)成果與實(shí)際運(yùn)行效果存在偏差，不少實(shí)際灌溉管網(wǎng)在運(yùn)行過程中都出現(xiàn)了不同程度的管道淤堵現(xiàn)象。 為此，建議開展以下兩方面的研究：①針對不同水質(zhì)特性（含泥沙、微生物、營養(yǎng)鹽等），開展PE灌溉管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與防止管道淤堵方面的試驗(yàn)研究（包括實(shí)際工程的原型觀測研究），探索不同運(yùn)行管理方式對減輕PE管道淤堵的影響，最大限度提高管道輸水灌溉工程的使用壽命，維持PE農(nóng)田灌溉管網(wǎng)高效運(yùn)行。②從管道輸水灌溉工程的規(guī)劃布置、輸配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、管材選定及管道附屬設(shè)施布設(shè)等方面入手，對管道輸水灌溉工程的技術(shù)體系進(jìn)行分析和模式化研究。從源頭控制開始，探索綜合性技術(shù)措施，通過攔截、沉沙、絮凝以及可能的水質(zhì)改善措施，提高進(jìn)入pe灌溉管網(wǎng)的水流品質(zhì)。通過合理設(shè)計(jì)臨界不淤流速、合理布置干支管控制設(shè)施以及及時放空管道積水等管護(hù)措施，降低管網(wǎng)運(yùn)行過程中泥沙等雜物淤堵風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)管道輸水灌溉工程的長期高效穩(wěn)定運(yùn)行。

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