云竹水庫灌區(qū)節(jié)水灌溉工程方案設(shè)計

宋必連

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 灌區(qū)現(xiàn)狀

云竹水庫是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)田灌溉和發(fā)電、養(yǎng)魚等的綜合性中型水庫。灌區(qū)節(jié)水灌溉工程位于榆社縣西南部，云竹水庫以下云竹河兩岸，灌區(qū)覆蓋3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，17個村，3825戶，1.4萬人，灌區(qū)土地總面積75 km2，設(shè)計灌溉面積2000 hm2，設(shè)計引水流量0.91 m3/s?，F(xiàn)狀灌區(qū)原有灌溉渠道破損嚴(yán)重，工程不配套，灌溉技術(shù)落后，水資源利用率低，水量損失十分嚴(yán)重，灌溉水利用系數(shù)僅0.433，而先進(jìn)國家已達(dá)到0.70~0.80，灌區(qū)基本上靠天吃飯。

2 設(shè)計方案

2.1 灌溉方式

云竹水庫灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)為玉米、棉花等大田作物，可選擇的節(jié)水灌溉方式有渠灌、噴灌、滴灌和管灌等。經(jīng)過對上述灌溉節(jié)水方式從投資、運行費用、占地、施工技術(shù)、節(jié)水效果、工程壽命、便捷程度等多方面比較，結(jié)合灌區(qū)現(xiàn)狀以及灌區(qū)內(nèi)種植作物的實際情況，主要對渠灌方式和管灌方式進(jìn)行比選。渠灌方式和管灌方式均能有效提高灌溉水利用系數(shù)，但管灌方式水量損失更小，可大大提高灌溉水利用率，節(jié)水效果較好，同時還具有使用壽命長、維護(hù)費用低、便于管理等優(yōu)點，故確定灌區(qū)灌溉方式為管灌。

2.2 管材選擇

根據(jù)工程特點以及當(dāng)?shù)貙嶋H情況，管材選擇預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、PE管以及玻璃鋼管三種管材進(jìn)行比較。

2.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管根據(jù)加工工藝的不同分為一階段法和三階段法。其優(yōu)點是適應(yīng)地基的能力強(qiáng)，抗折性能好，采用柔性膠圈接口，對接方式為承插式，防腐能力強(qiáng)，不需要后期做防腐處理，工程造價較低。缺點是管道自重大，抗?jié)B能力差，鋼絲易生銹，管件在制作過程中存在一定的工藝缺陷，管道與附件連接需要特制的法蘭連接，運輸和施工難度偏大，使用壽命較短，輸水安全性能較差。

2.2.2 PE管

PE管也稱聚乙烯管材，其主要應(yīng)用于城市供水、城市燃?xì)夤?yīng)及農(nóng)田灌溉。優(yōu)點是摩擦系數(shù)小、介質(zhì)流動性好，耐磨性能高，水質(zhì)衛(wèi)生性好、食品級內(nèi)襯無毒、自潔抗菌、長期使用不結(jié)垢，能抵抗多種化學(xué)介質(zhì)、無腐蝕性，自重小，柔韌性能好，可抵御強(qiáng)烈的沖擊、震動和扭曲，連接工藝簡單、運輸和施工方便等，但工程造價高。

2.2.3 玻璃鋼管

玻璃鋼管又稱玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂加砂管，其優(yōu)點是摩阻系數(shù)較小，相同工況下輸送能力可提高20%以上。在泵流輸水系統(tǒng)設(shè)計中，相同規(guī)模的管道可節(jié)省泵的功率和能源，減少工程長期運行費用。管道在重力流的條件下，若水頭損失相同時，管徑可減小到原來的15%；若管徑相同時，可降低管線的水力坡降。玻璃鋼管通過改變樹脂種類、含量以及纖維的排列來提高管道的耐腐蝕性和強(qiáng)度，增強(qiáng)管道抵抗多種化合物、污水、腐蝕性土壤及多種有機(jī)、無機(jī)溶劑等不同化學(xué)介質(zhì)侵蝕的能力，同時在使用過程中不結(jié)垢，不會滋生有害菌和其他微生物。玻璃鋼管具有環(huán)向拉伸強(qiáng)度高、抗凍性能好和電熱絕緣性高，無須進(jìn)行陰極保護(hù)等特點，適應(yīng)于輸電、電信線路密集區(qū)和多雷區(qū)的工程施工。采用“O”型密封橡膠圈承插式連接，管件制作工藝比較簡單，法蘭可與任意符合國家標(biāo)準(zhǔn)的同直徑的其他材質(zhì)的法蘭連接。由于管道接頭少，既能提高管道的安裝速度，又可降低管道的安全隱患。但玻璃鋼管由于管壁較薄，管道較脆，耐沖擊力較差，對管基的地層與管道的回填要求較高，因此，玻璃鋼管在運輸和安裝過程中必須嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范和規(guī)程。三種管材比較結(jié)果見表1。

表1 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管與PE管、玻璃鋼管綜合比較分析表

本工程的供水對象為榆社縣3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、17個自然村的農(nóng)業(yè)灌溉，作為灌溉保證率高、管線長的輸水工程，對管道的安全性能以及抵抗外界干擾性、管材的耐久性等方面的要求都較高。從目前國內(nèi)市場以及管材生產(chǎn)廠家的技術(shù)成熟度來看，以上三種管材基本上均可滿足要求，但同管徑的PE管工程造價最高，從管材的技術(shù)特性進(jìn)行比較后，玻璃鋼管比預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管更具優(yōu)勢。因此，采用玻璃鋼管作為本灌區(qū)節(jié)水工程的管材。

3 輸水線路方案比選

根據(jù)地形及地質(zhì)條件，并結(jié)合現(xiàn)有工程輸水線路走向受地形及供水點條件所限的實際，考慮現(xiàn)有的灌區(qū)渠道及工程區(qū)內(nèi)主要公路走向?qū)€路布置的影響，本次設(shè)計對壓力管道輸水線路的走向選擇了穿灌區(qū)布置管線輸水方案與沿原灌區(qū)渠道布置管線輸水方案進(jìn)行比較。

穿灌區(qū)布置管線輸水方案綜合考慮灌區(qū)分布范圍、高程，充分發(fā)揮管道輸水對地形要求較低的優(yōu)勢，將管道直接布置在灌區(qū)中央或直線穿過。該方案具體布置為：主干管從云竹水庫樞紐大壩下游的水電站分水管引水，沿河道兩岸河谷，經(jīng)云竹鎮(zhèn)、北村、喬家溝、桃陽、東樁、北圖劃、南馬會、上石拐、下石拐、韓村、閆家溝村、白莊村至灌區(qū)末端的36分干管，全長23.45 km，共布設(shè)分干管36條。該方案的優(yōu)點是管線較短，投資較小，施工條件較好，運行管理方便；缺點是需要征地，且管道壓力較大，對管道的耐壓能力要求較高。

沿原灌區(qū)渠道布置管線輸水方案是利用在原灌區(qū)的南干渠、北干渠、西干渠內(nèi)將原渠道改為管道輸水，從而減少水量損失。該方案具體布置為：南干渠管線沿南岸南側(cè)布置，平行于南岸一條村間土路，至云竹鎮(zhèn)和平村，長11.4 km；北干渠管線沿水庫至縣城公路南側(cè)布置，直到云竹鎮(zhèn)林頭村東，長9.78 km；西干渠線沿榆韓公路直下至郝北鎮(zhèn)白莊村，長9.8 km，線路總長30.98 km，共布設(shè)分干管42條。該方案的優(yōu)點是不用征地，且管道壓力較小，對管道的耐壓能力要求較低；缺點是管線較長，投資較大，施工條件較差，運行管理不方便，沒有發(fā)揮出壓力管道輸水的優(yōu)越性。

經(jīng)比較，本工程選擇穿灌區(qū)布置管線輸水方案作為推薦方案。

4 結(jié)論

綜上所述，采用管材為直徑700 mm的玻璃鋼管、灌溉方式為低壓管灌、輸水線路為穿灌區(qū)布置管線輸水節(jié)水工程設(shè)計方案。本節(jié)水灌溉方案實施后，可引導(dǎo)榆社縣農(nóng)業(yè)增長方式由數(shù)量型向效益型轉(zhuǎn)變，提高農(nóng)業(yè)綜合效益；同時對增加農(nóng)民收入，全面加快小康社會建設(shè)步伐，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程具有積極的示范和推動作用。