盧 瑤，尹曉媛，劉甲明，劉珊珊，陳運(yùn)春

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650051； 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源科學(xué)技術(shù)工程研究中心，云南 昆明 650051)

小型農(nóng)田水利工程灌溉渠道造價(jià)對(duì)比分析

盧 瑤1，2，尹曉媛1，2，劉甲明1，2，劉珊珊1，2，陳運(yùn)春1，2

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，云南 昆明 650051； 2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源科學(xué)技術(shù)工程研究中心，云南 昆明 650051)

以引水農(nóng)渠為研究對(duì)象，采用經(jīng)驗(yàn)公式和對(duì)比分析法，探討渠道在不同斷面結(jié)構(gòu)形式和不同材料情況下單位工程造價(jià)的變化情況，進(jìn)一步分析不同渠道的工程特點(diǎn)和存在差異的原因。結(jié)果表明：渠道所采用的材料、斷面結(jié)構(gòu)和施工工藝是造成造價(jià)差異大的主要因素。

渠道斷面設(shè)計(jì)；農(nóng)渠；小型農(nóng)田水利工程；造價(jià)對(duì)比分析

農(nóng)田水利工程是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的物質(zhì)載體，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，制約著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。自2010年以來(lái)，國(guó)家對(duì)小型農(nóng)田水利工程的建設(shè)給予了極大的關(guān)注，明確提出了要因地制宜興建中小型水利設(shè)施，尤其是“五小水利”工程[2]。

近年來(lái)，在國(guó)家政策的支持下，我國(guó)小型農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)取得了一定的成就[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)80%以上的灌溉面積依靠渠道輸水灌溉，渠道作為我國(guó)主要的輸水系統(tǒng)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有不可替代的作用。但在工程實(shí)踐中，渠道設(shè)計(jì)沒(méi)有充分考慮斷面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，渠道壁厚的確定隨意性大，材料的選用沒(méi)有進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，必然會(huì)造成資金的浪費(fèi)。隨著國(guó)家及地方對(duì)小型農(nóng)田水利工程投資力度的不斷加大，如何有效控制投資，最大限度地減少資金浪費(fèi)成為亟待解決的問(wèn)題。

筆者以農(nóng)渠為研究對(duì)象，在相同設(shè)計(jì)參數(shù)下，從造價(jià)分析的角度對(duì)不同材料和不同斷面形式的單位工程造價(jià)進(jìn)行對(duì)比分析，尋求各種渠道的適用條件，以減少資金的浪費(fèi)，為設(shè)計(jì)人員、項(xiàng)目施工管理和待實(shí)施的項(xiàng)目提供參考。

1 渠道斷面的設(shè)計(jì)

1.1 基本參數(shù)的選取

選用實(shí)際工程中農(nóng)渠常用的3種斷面形式(矩形、梯形以及U形)進(jìn)行研究?？紤]在相同流量下，控制面積為10 hm2，采用兩級(jí)渠道灌溉，田間水利用系數(shù)0.95，渠道水利用系數(shù)0.90，水田凈灌水率為17.7 m3/s·萬(wàn)hm2，渠底比降為1/2 000，梯形渠道邊坡系數(shù)為0.3，按1∶0.5開(kāi)挖，分別對(duì)漿砌石、現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制混凝土農(nóng)渠進(jìn)行水力最優(yōu)斷面的設(shè)計(jì)。

1.2 水力最優(yōu)斷面的計(jì)算

農(nóng)渠位于灌溉渠系的末級(jí)，將來(lái)水直接輸送到田間。因此，水力最優(yōu)斷面設(shè)計(jì)要求渠道必須有足夠的輸水能力，滿足田間作物對(duì)水分的需求；必須有適宜的流速，快而不沖刷渠槽，慢則不會(huì)使泥沙淤積；必須有合適的邊坡，使得渠槽不坍塌、不滑坡、不發(fā)生凍脹破壞[4]?；谝陨匣疽?，在設(shè)定的條件即渠底比降i、糙率n、設(shè)計(jì)流量Q一定的情況下對(duì)矩形、梯形以及U形斷面進(jìn)行水力最優(yōu)斷面的計(jì)算。

a. 計(jì)算設(shè)計(jì)水深和底寬

矩形和梯形按照明渠均勻流公式(1)和(2)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

bd=α0hd

(2)

式中：hd為渠道設(shè)計(jì)水深，m；bd為渠道的設(shè)計(jì)底寬，m；α0為梯形渠道斷面的最優(yōu)寬深比；m為渠道的邊坡系數(shù)。

U形斷面最接近水力最優(yōu)斷面，各部分間的尺寸關(guān)系復(fù)雜，需要借助經(jīng)驗(yàn)關(guān)系以及明渠均勻流公式進(jìn)行計(jì)算，如式(3)和式(4)[5]：

(3)

(4)

式中：r為圓弧的半徑，m；α為直線段的傾斜角；Nα為直線段外傾角為α?xí)r的系數(shù)。

b. 校核流速

渠道的斷面平均流速應(yīng)滿足V不淤

(5)

式中：A為渠道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；V為渠道平均流速，m/s。

1.3 安全超高的計(jì)算

1.4 水力最優(yōu)斷面的確定

結(jié)合以上斷面計(jì)算公式，在相同流量、相同坡降下分別對(duì)漿砌石、現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制混凝土渠道進(jìn)行水力最優(yōu)斷面的設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 渠道斷面設(shè)計(jì)參數(shù)

基于以上計(jì)算數(shù)據(jù)以及《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[7]，考慮到實(shí)際工程狀況，選取漿砌石、現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土渠道的壁厚分別為25 cm、10 cm、6 cm。以現(xiàn)澆混凝土為例分別繪制渠道斷面形式為矩形、梯形、U形時(shí)的剖面圖，如圖1～3所示(單位：mm)。

圖1 矩形斷面

圖2 梯形斷面

圖3 U形斷面

2 單位造價(jià)對(duì)比分析

大量的實(shí)踐資料研究表明,材料費(fèi)用在工程項(xiàng)目建設(shè)總造價(jià)中所占比例高達(dá)50%～60%。因此，在對(duì)項(xiàng)目相關(guān)材料采購(gòu)時(shí)，選擇價(jià)格合理的材料至關(guān)重要。同時(shí)，不同斷面形式對(duì)工程量有非常大的影響，進(jìn)而影響工程造價(jià)。因此，結(jié)合實(shí)際工程，筆者選擇農(nóng)渠的不同材料、不同斷面形式作為“變量”，組合形成了9種不同的渠道，其中漿砌石U形渠道在實(shí)際工程中無(wú)法采用，進(jìn)行剔除。在主要材料價(jià)格：水泥為0.5元/kg、砂為90元/m3、塊石為80元/m3、碎石為85元/m3的基礎(chǔ)上計(jì)算其余8種渠道的每延米工程造價(jià)，并進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 相同材料不同斷面形式下造價(jià)對(duì)比分析

在漿砌石、現(xiàn)澆混凝土和預(yù)制混凝土3種材料下，分別計(jì)算農(nóng)渠同一材料對(duì)應(yīng)不同斷面形式(矩形、梯形、U形)時(shí)每延米分項(xiàng)工程量以及單位工程造價(jià)，見(jiàn)表2～4。

從表2～4可以看出：在漿砌石、現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土3種農(nóng)渠中矩形斷面造價(jià)最高，梯形和U形的造價(jià)變化則存在差異，現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠中，梯形的造價(jià)高于U形，而在預(yù)制混凝土農(nóng)渠中則相反。在同一材料不同斷面形式下渠道造價(jià)的變化幅度很小，處于1%～7%之間；不同斷面形式下農(nóng)渠的分項(xiàng)工程不同，即U形渠道需要進(jìn)行壓頂；相同材料下同種分項(xiàng)工程的單價(jià)相同、工程量不同。

表2 漿砌石農(nóng)渠單位工程造價(jià)

表3 現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠單位工程造價(jià)

表4 預(yù)制混凝土農(nóng)渠單位工程造價(jià)

同一材料不同斷面形式下，除壓頂外，其余分項(xiàng)工程的單價(jià)相同、工程量不同，故每延米工程造價(jià)的差異主要是因?yàn)楣こ塘康牟煌?種農(nóng)渠中，矩形斷面除回填工程量較U形斷面低外，其余工程量均不同程度高于梯形和U形斷面，但由于回填工程單價(jià)較低對(duì)工程造價(jià)影響不大，所以矩形斷面渠道的造價(jià)居高?，F(xiàn)澆混凝土、預(yù)制混凝土農(nóng)渠中造成梯形和U形斷面工程造價(jià)變化不同的主要原因是現(xiàn)澆混凝土中梯形斷面模板工程量較大且模板單價(jià)高。因此，在相同材料不同斷面形式下，形成每延米工程造價(jià)差異的主要原因是斷面形式不同所造成的工程量的變化。

2.2 不同材料相同斷面形式下造價(jià)對(duì)比分析

分別繪制矩形、梯形、U形農(nóng)渠在不同材料(漿砌石、現(xiàn)澆混凝土以及預(yù)制混凝土)下，各分項(xiàng)工程所對(duì)應(yīng)單價(jià)的柱狀圖以及每延米工程造價(jià)的散點(diǎn)圖，見(jiàn)圖4～6。

圖4 矩形農(nóng)渠分項(xiàng)工程單價(jià)與單位工程造價(jià)

圖5 梯形農(nóng)渠分項(xiàng)工程單價(jià)與單位工程造價(jià)

圖6 U形農(nóng)渠分項(xiàng)工程單價(jià)與單位工程造價(jià)

從圖4～6中可以看出，在矩形、梯形以及U形斷面形式下，現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠每延米工程造價(jià)最高，其次是漿砌石和預(yù)制混凝土農(nóng)渠。且以現(xiàn)澆混凝土為參照，預(yù)制混凝土的變化幅度較大，約為65%，漿砌石變化幅度較小，約為13%；由圖4～6中各單項(xiàng)工程的單價(jià)柱狀圖可以看出，相同斷面形式下，除渠身工程外，其余單項(xiàng)工程單價(jià)相同；結(jié)合表2～4可以得出，采用不同材料時(shí)，渠道的單項(xiàng)工程存在差異，即現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠需要進(jìn)行模板施工，其余單項(xiàng)工程的工程量隨材料的變化而變化。

預(yù)制混凝土農(nóng)渠的渠身工程單價(jià)最高，其次是現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠和漿砌石農(nóng)渠。但每延米工程造價(jià)的變化卻不同，這主要是由工程量的變化決定的。其中，現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠造價(jià)最高，這是因?yàn)榕c其他材料的渠道相比多了模板工程，其價(jià)格大約是總造價(jià)的一半；漿砌石農(nóng)渠造價(jià)略低于現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠，而預(yù)制混凝土農(nóng)渠的造價(jià)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于漿砌石和現(xiàn)澆混凝土農(nóng)渠，這主要是因?yàn)榍辣诤竦牟煌构こ塘看嬖谳^大的差異。因此，在相同斷面形式不同材料的情況下，每延米工程造價(jià)的變化原因主要包括施工工藝的不同、壁厚差異所引起的工程量的不同、渠身工程單價(jià)的不同等3個(gè)方面，而這歸根結(jié)底是由于材料的不同所造成的。

3 不同渠道特點(diǎn)分析

3.1 不同斷面形式下渠道的特點(diǎn)

不同斷面形式下的渠道，工程量差異明顯，在很大程度上影響著渠道的造價(jià)以及占地面積。研究表明，在明渠的各種斷面形式中半圓形斷面是水力最佳的。因此，U形渠道作為接近水力最佳斷面的形式，具有整體性好、水力條件好、省工省料等的優(yōu)點(diǎn)，受到了普遍歡迎；梯形雖然是占地面積最大的斷面形式，但因其施工方便、邊坡穩(wěn)定，在實(shí)際工程中較為常見(jiàn)；矩形作為特殊的梯形，施工更加方便。不同斷面形式下渠道的特點(diǎn)如表5所示。

表5 不同斷面形式下的渠道特點(diǎn)

3.2 不同材料情況下渠道的特點(diǎn)

在實(shí)際工程中，采用不同材料時(shí)渠道有著各自的特點(diǎn)，即有著常用的斷面形式以及使用范圍。當(dāng)材料為漿砌石時(shí)，渠道的斷面形式一般為梯形和矩形，這種材料常用于石料來(lái)源豐富、有抗凍、抗沖性、耐磨要求的各級(jí)渠道；當(dāng)材料為現(xiàn)澆混凝土?xí)r，施工工藝多、造價(jià)相對(duì)較高，渠道的斷面形式一般為梯形、矩形和U形3種，但這種材料的渠道防滲效果、抗沖性和耐久性都很好，適用范圍很廣，可以用于各類地區(qū)；當(dāng)材料為預(yù)制混凝土?xí)r，造價(jià)相對(duì)較低，渠道的斷面形式一般為U形和矩形，這種材料的渠道常用于運(yùn)輸方便的地區(qū)。不同材料情況下渠道的適用范圍如表6所示。

表6 不同材料情況下渠道的適用范圍

4 結(jié)論與建議

通過(guò)計(jì)算農(nóng)渠在Q、i、n已知情況下的水力最優(yōu)斷面，并對(duì)所求渠道在不同斷面形式以及不同材料情況下的造價(jià)、特點(diǎn)、適用范圍進(jìn)行對(duì)比分析，得到如下結(jié)論。

a. 相同材料情況下不同斷面形式所造成的工程量的差異，以及相同斷面形式下采用不同材料所造成的施工工藝的不同、工程量的變化以及渠身工程單價(jià)的差異是形成總造價(jià)差異的主要原因，兩者相比，材料對(duì)造價(jià)的影響更大。

b. 斷面形式不同使渠道的穩(wěn)定狀況、占地面積、施工難易等不同，其中U形渠道的水力條件較好、占地面積較少、施工較易。

c. 現(xiàn)澆混凝土渠道的適用范圍最廣，預(yù)制混凝土渠道對(duì)交通運(yùn)輸條件要求嚴(yán)格，漿砌石渠道大體適用于石料來(lái)源豐富的地區(qū)。

總的來(lái)說(shuō)，渠道所選材料以及斷面形式的差異使得工程造價(jià)、穩(wěn)定性以及施工難易程度等不同。因此，在實(shí)際工程中要結(jié)合材料和斷面形式，秉持因地制宜的原則選擇適合的渠道。當(dāng)資金有限而對(duì)占地面積沒(méi)有限制時(shí)，可以選用漿砌石矩形渠道；當(dāng)所用地區(qū)的地形比較開(kāi)闊而且用水量又比較大時(shí)，可以選用現(xiàn)澆混凝土或漿砌石的梯形渠道；當(dāng)所用地區(qū)的土地資源稀缺且施工工藝過(guò)硬時(shí)，可以選用預(yù)制混凝土U形渠道。

[1] 呂俊. 小型農(nóng)田水利設(shè)施供給機(jī)制:基于政府層級(jí)差異[J]. 改革,2012(3):59-65.

[2] 胡志強(qiáng). 小型農(nóng)田水利工程建設(shè)影響因素的系統(tǒng)分析[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2012.

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國(guó)土資源公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201511003)

盧瑤(1991—)，女，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程造價(jià)研究。Email:546887598@qq.com

陳運(yùn)春(1976—)，女，副教授，碩士，主要從事國(guó)土規(guī)劃、造價(jià)管理研究。Email:ynkmcyc2006@163.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2017.04.005

F407.9

A

1003-9511(2017)04-0024-04

2017-03-26 編輯：方宇彤)