岳 磊,滿冠軍,張鵬翔
(1.棗莊市鴻禹水利工程監(jiān)理中心,山東 棗莊 277101;2.滕州市城鄉(xiāng)供水中心,山東 滕州 277500;3.滕州市馬河水庫管理處,山東 滕州 277533)
滕州市截污導(dǎo)流工程建設(shè)以后,滕州市規(guī)劃續(xù)建配套工程,在城河、漷河、北沙河3條河道上新建和維修了12座橡膠壩提水灌溉工程,以充分發(fā)揮攔蓄工程效益并最大程度地消耗攔蓄中水,總規(guī)劃灌溉面積7 866.67 hm2。自2010年以來先后建設(shè)完成了東滕城、劉樓、楊崗、北滿莊4座橡膠壩提水灌區(qū)工程,在工程設(shè)計中積累了一些經(jīng)驗。
截污導(dǎo)流橡膠壩提水灌區(qū)位于滕州市滕西平原區(qū),現(xiàn)狀多屬于機井灌區(qū),以地下水為灌溉水源,在田塊高點打井,通過土渠或地埋管道輸水至田間溝、畦。機井灌溉在改善灌區(qū)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境和保障灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中起到了相當(dāng)重要的作用,但由于灌區(qū)在機井建設(shè)方面缺乏科學(xué)合理的規(guī)劃和有效監(jiān)督,致使一些區(qū)域出現(xiàn)了地下水位下降、提水費用增加、機井報廢等問題,不但影響了灌區(qū)地下水資源的可持續(xù)發(fā)展與利用,而且造成了灌區(qū)實際灌溉面積減少,灌溉水利用系數(shù)降低。
規(guī)劃截污導(dǎo)流橡膠壩提水灌區(qū)水源為河道攔蓄中水,均為灌溉面積小于0.2萬hm2的小型工程,其中已建4座,未建8座。
目前,灌溉面積較小的灌區(qū)灌溉形式多采用渠道灌溉和低壓管道灌溉兩種方式。
渠道灌溉輸水量大,但有輸水損失大、占地多、地形適應(yīng)能力差、凍脹影響變化大、維修管理困難、使用壽命短等多方面的缺陷。一般在水位滿足自流條件的情況下考慮使用。
管道灌溉系統(tǒng),在節(jié)水、節(jié)能、節(jié)地、省工、方便管理等方面具有較大的優(yōu)越性,與渠道灌溉形式相比,管道灌溉設(shè)備比較簡單,技術(shù)成熟容易掌握,適應(yīng)性強,管理方便,用水量便于控制和計量,輸水損失小,渠系水利用率高,不僅能減少大量的田間建筑物,而且可以適應(yīng)噴灌、微灌等灌水方法,為農(nóng)業(yè)機械化、自動化的發(fā)展創(chuàng)造有利條件,使用壽命長。
管材是低壓灌溉管道系統(tǒng)的主要組成部分,占投資比重大,對工程投資大小和效益能否充分發(fā)揮起決定性作用。為搞好灌溉管道系統(tǒng)的設(shè)計,應(yīng)根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況,外部荷載、施工維護和材料供應(yīng)價格等條件,綜合比選,確定管材種類和規(guī)格。
性能是衡量管材優(yōu)劣與否的重要指標(biāo)。因此,在選擇管材時應(yīng)重點從水力條件、衛(wèi)生性能、是否影響水質(zhì)、密封性能是否優(yōu)良以及使用年限長短等方面綜合考慮。
選擇管材時,不僅要考慮供水管道在建設(shè)安裝時其本身連接是否方便,還要考慮是不是與其它管道附件連接方便。另外,應(yīng)考慮到管材配件是不是齊全,以便于日后及時對管道維護、管理和改造。
應(yīng)根據(jù)灌區(qū)地形、地質(zhì)、地貌情況,選擇不同類別的管道,比如平原地區(qū)土質(zhì)好,管線直,在管道建設(shè)中敷設(shè)供水主管時宜選擇U-PVC 管、PE 管或RPM 管;山區(qū)因為石塊多,開挖難度大,埋設(shè)深度很難達到設(shè)計要求,管材選擇以預(yù)應(yīng)力混凝土管。
由于生產(chǎn)工藝和原材料不同,各種類別管材、同種管材不同管徑之間均存在不同程度價格差異,規(guī)劃設(shè)計過程中,應(yīng)依據(jù)計算管徑和工程總投資,在滿足性能要求的前提下合理選擇管材類別。
本設(shè)計中,灌區(qū)位置均位于平原區(qū),管道接口和開口較多,考慮當(dāng)?shù)厥┕すに囁胶桶惭b施工方便,按著一次投資、長期收益的原則,選擇PE 管作為設(shè)計管材,但在設(shè)計中應(yīng)注意避免或者減少大管徑工程量。
灌溉工作制度是管道的輸水工作方式,分為續(xù)灌和輪灌。根據(jù)續(xù)灌和輪灌兩種不同灌溉制度的優(yōu)勢和弊端,一般干、支管道采用續(xù)灌,斗管以下采用輪灌,以提高灌水工作效率,保持各用水單位收益均衡。但具體在灌溉系統(tǒng)設(shè)計時,個別管道采用傳統(tǒng)的灌溉工作制度往往出現(xiàn)設(shè)計主管道管徑過大、各工作組分水不均衡等問題。
因此,根據(jù)選定的灌溉工作制度,合理的優(yōu)化管道布設(shè),直接影響著工程投資和工程效益的發(fā)揮。下面以趙坡橡膠壩提水灌區(qū)管道布設(shè)和灌溉工作制度方案比選為例,介紹在設(shè)計過程中如何優(yōu)化管道布設(shè)方案和合理選擇灌溉工作制度。
趙坡橡膠壩提水灌區(qū)位于滕州市北沙河上,規(guī)劃設(shè)計灌溉面積0.16萬hm2,根據(jù)前期外業(yè)勘察調(diào)查資料,選定的管道走向,擬定干、支、斗三級管道,對管道布設(shè)和灌溉工作制度擬定以下3個方案,分別計算灌溉系統(tǒng)設(shè)計流量、設(shè)計揚程、管材用量,通過比選確定最優(yōu)設(shè)計方案。方案比選見表1。
通過對各方案的管材工程量及投資進行比選可知,與方案1 相比,方案2 和方案3 出站即對主管道分支,雖然增大了總設(shè)計流量,但大大降低了主管道管徑。從總管材工程量來看,方案2、方案3在控制管材投資上也有明顯優(yōu)勢;與方案2 相比,方案3 進行支管輪灌,雖然支管管徑稍有增大,管材工程量稍大,但縮短了灌溉時間,減少了輸水損失,更有利于提高灌水工作效率。綜合比選,選定方案3 確定的管道布設(shè)方案和灌溉工作制度。
表1 趙坡灌區(qū)設(shè)計方案比選表
灌區(qū)工程前期設(shè)計工作的理念和思路直接關(guān)系到工程的投資、施工和運行管理,在灌區(qū)工程進行設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)各灌區(qū)不同的地形條件、灌溉習(xí)慣等因素綜合考慮,在灌溉模式、灌溉制度等方面進行對比選優(yōu),真正做到最大限度的節(jié)水和效益增效。