南岸干渠自流灌區(qū)管道輸水減壓方案分析比較

張震義

水資源緊缺已成為嚴(yán)重制約我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。農(nóng)業(yè)是我國(guó)的用水大戶,農(nóng)業(yè)用水中的浪費(fèi)現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重,我國(guó)農(nóng)田灌溉水的利用率平均僅為45%左右。如何發(fā)揮節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)、提高農(nóng)田灌溉水的利用率,對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)性發(fā)展和社會(huì)安全穩(wěn)定具有舉足輕重的意義。

管道輸水技術(shù)因成本低且具有節(jié)水、節(jié)能、省地、輸水速度快、供水及時(shí)、便于田間農(nóng)機(jī)作業(yè)、管理方便等特點(diǎn),已成為開(kāi)展農(nóng)業(yè)灌區(qū)節(jié)水改造的必要措施。但管道輸水的成敗主要取決于對(duì)減壓方式的選取,好的減壓方案對(duì)管道的安全性、供水保證率等更好。本文結(jié)合新疆某自流灌區(qū)減壓方案的比選實(shí)例,從安全、可實(shí)施性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等多方面綜合論證,確定最優(yōu)方案,為后續(xù)工程提供參考依據(jù)。

1 工程概況

新疆南岸干渠自東向西全長(zhǎng)為168 km,主要為下游灌區(qū)供水?？偢汕嫌?0 km渠道的主要任務(wù)是向下游輸水,整個(gè)灌區(qū)90%的灌溉面積集中在干渠下游的78 km段。其中自流灌區(qū)控制面積108萬(wàn)畝,包括已開(kāi)發(fā)的引山溝水自流灌溉(灌溉保證率很低)和機(jī)井灌溉灌區(qū)(井深80 m以上)控制面積約為22萬(wàn)畝,待開(kāi)發(fā)灌區(qū)控制面積86萬(wàn)畝。該灌區(qū)規(guī)劃從南岸干渠引水,灌區(qū)內(nèi)骨干水利工程主要包括主干管、分干管、地埋支管、地面管四級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)工程。

自流灌區(qū)主要集中在總干渠的下游段,地貌上屬?zèng)_洪積傾斜平原,海拔高程650 m～825 m,東西長(zhǎng) 80 km、南北寬4.5 km～10 km。灌區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域地形較平坦,坡向相同,即東高西低、南高北低,地面東西向自然坡降為1.67‰～0.25‰、南北向自然坡降為 28‰～15‰,地形落差在150 m～200 m之間。根據(jù)該自流灌區(qū)的地形、地貌、沖溝及排洪通道、自然落差大等特點(diǎn),采用何種減壓方式來(lái)消除地形累計(jì)落差,達(dá)到噴滴灌所需壓力,對(duì)工程投資、系統(tǒng)的安全運(yùn)行等起著決定性作用。經(jīng)過(guò)多方論證,決定在干管上采用設(shè)置減壓閥減壓和穩(wěn)流池減壓兩種減壓方案及布置形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。進(jìn)一步為后續(xù)干管的設(shè)計(jì)及實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

2 方案布置

南岸干渠自流灌區(qū)工程全部采用管道輸水,地埋管道布置分為干管、分干管、地埋支管三級(jí),地面管道噴灌為移動(dòng)支管并加裝噴頭,滴灌為支管和毛管。試驗(yàn)干管管網(wǎng)系統(tǒng)主干管主要是為下游管道和作物輸送灌溉所需水量、累計(jì)自壓灌溉所需壓力。干管布置主要結(jié)合地形地貌、現(xiàn)有道路、洪溝等由南向北基本垂直等高線布置,管道上布置有鎮(zhèn)墩、閥門井、排水井等工程設(shè)施。由于工程區(qū)域從南至北地形累計(jì)落差較大,達(dá)到約170 m。本工程結(jié)合實(shí)際采用了兩種減壓方案,即機(jī)械減壓方案和水工減壓方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),現(xiàn)就采取的兩種減壓方案主干管的布置形式分述如下。

2.1 機(jī)械減壓方案

輸水干管由南向北一根管道布置,采用有壓管道輸水,在系統(tǒng)中部適當(dāng)位置串聯(lián)一個(gè)套筒式多噴孔減壓閥,形成一個(gè)封閉的運(yùn)行系統(tǒng),以分段累計(jì)壓力,每段的最大地形落差控制在100 m以內(nèi),減小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水頭和節(jié)省工程投資。多噴孔套筒式減壓閥氣蝕產(chǎn)生在管道中心,而不是產(chǎn)生在管壁上,從而減小了噪聲和氣蝕對(duì)閥體的破壞,能較好地解決氣蝕問(wèn)題。干管由進(jìn)水池供水,進(jìn)水池自南岸干渠分水口引水。主干管道全長(zhǎng)9.6 km,采用PCCP管與鋼管相結(jié)合一管到底的方式,靜水壓力為0 MPa～1.6 MPa。管道設(shè)計(jì)流量為1.66 m3/s,控制灌溉面積4.13萬(wàn)畝,分干管入口處設(shè)置減壓閥,分干管間距850 m。

2.2 水工減壓方案

輸水干管采用有壓管道、無(wú)壓管道伴行輸水,在管道首部設(shè)一個(gè)進(jìn)水池,同時(shí)接有壓管和無(wú)壓管,在無(wú)壓管末端設(shè)置一個(gè)穩(wěn)流池,在穩(wěn)流池出口再接有壓管的布置方式。該布置形式將干管分為兩段累計(jì)地形落差,每段的最大地形落差控制在70 m～80 m水頭以內(nèi),減小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水頭和節(jié)省工程投資。干管組分別由進(jìn)水池和穩(wěn)流池供水,進(jìn)水池自南岸干渠分水口引水,穩(wěn)流池由進(jìn)水池通過(guò)無(wú)壓管供水。主干管道全長(zhǎng)17 km,主干管采用PCCP管與PVC管相結(jié)合,兩管并行的方式,靜水壓力為0 MPa～1.0 MPa。管道設(shè)計(jì)流量為1.55 m3/s,控制灌溉面積3.84萬(wàn)畝,高壓區(qū)分干管入口處設(shè)減壓閥,分干管間距850 m。

3 投資分析

由于兩種減壓方案,分干管及地埋支管的布置形式相同,本次分析工程投資僅為主干管及各分干管進(jìn)水口處的建筑物及設(shè)備在相同投標(biāo)報(bào)價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行。兩種減壓方案工程投資詳見(jiàn)表1。

表1 兩種減壓方案工程投資對(duì)比表

4 方案分析比較

兩種減壓方案的綜合比較見(jiàn)表2。

4.1 安全性

1)水工減壓方案采用常規(guī)的無(wú)壓輸水,分段累積地形落差,總累積落差小,減壓效果穩(wěn)定。對(duì)下游管道的正常運(yùn)行是安全可靠的。2)機(jī)械減壓方案采用減壓閥減壓,生產(chǎn)工藝先進(jìn),科技含量較高,靈敏度較高。但減壓閥電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)頻繁工作,對(duì)閥門的使用年限有一定影響。累積地形落差較大,一旦出事對(duì)下游管道的安全影響較大,減壓閥全程用電,必須有較高的用電保證率和頻繁的養(yǎng)護(hù)、維修,才能保證下游管道的正常運(yùn)行。

4.2 可實(shí)施性

水工減壓方案施工工期較長(zhǎng),冬季施工難度較大,質(zhì)量不易控制;機(jī)械減壓方案外業(yè)施工簡(jiǎn)單,施工工期短,工廠化生產(chǎn),質(zhì)量易于控制,對(duì)管道工程實(shí)施的影響較大。

4.3 適應(yīng)性

兩種減壓方式均可適用于噴灌及滴灌。

表2 兩種減壓方案的綜合比較表

4.4 經(jīng)濟(jì)性

1)水工減壓方案管道總長(zhǎng)17 km,灌溉面積3.84萬(wàn)畝,工程投資2 319.3萬(wàn)元,機(jī)械減壓方案管道總長(zhǎng)9.6 km,灌溉面積4.13萬(wàn)畝,工程投資2 773萬(wàn)元,較前一方案增加投資453.7萬(wàn)元。2)減壓閥方案可降低輸水過(guò)程中的滲漏和蒸發(fā)損失,提高灌溉水利用系數(shù)。3)減壓閥方案一管到底,占地面積小,穩(wěn)流池方案,無(wú)壓管與有壓管并行,占地面積大。

5 結(jié)語(yǔ)

兩種減壓方式都存在投資高、技術(shù)難度大、維護(hù)任務(wù)重等問(wèn)題,但綜合比較其工程實(shí)際情況,認(rèn)為采用水工減壓方案在運(yùn)行條件受到影響的情況下,更有利于下游管道的安全,減壓效果穩(wěn)定、灌溉保證率高、維修方便、投資小、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn),但對(duì)灌區(qū)管理人員的要求較高、勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此,該灌區(qū)骨干水利工程易在自動(dòng)化控制不能滿足的前提下,應(yīng)優(yōu)先采用無(wú)壓與有壓并行輸水、穩(wěn)流池減壓的布置方案。

[1]許 迪.現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J/OL].灌溉網(wǎng)www.irrigation.com.cn,2005:4.

[2]GB 50085-2007,噴灌工程技術(shù)規(guī)范[S].

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