張秋香， 廖 歡

（1.江西中煤水利環(huán)保集團(tuán)有限公司，南昌 330000；2.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，南昌 330001）

0 引 言

輸水管道是灌區(qū)的主要節(jié)水配套設(shè)施，隨著使用年限的增加，輸水管道在人為破壞、自然腐蝕下，會(huì)出現(xiàn)不同程度的破損，影響灌溉水運(yùn)行效率，造成大量水資源無故浪費(fèi)。為提升節(jié)水率，需要充分結(jié)合灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，以及目前灌區(qū)工程的實(shí)際情況，對(duì)輸水管道進(jìn)行升級(jí)改造。石上灌區(qū)設(shè)計(jì)農(nóng)田灌溉面0.39 萬hm2，建成投入使用的年限比較長(zhǎng)，目前普遍存在結(jié)構(gòu)變形、構(gòu)件碳化、裂縫、脫落、鋼筋裸露、銹蝕等現(xiàn)象；渡槽槽身接頭、節(jié)制閘、分水閘閘門止水多已損壞，閘門銹蝕嚴(yán)重等問題。水資源浪費(fèi)現(xiàn)場(chǎng)非常嚴(yán)重，灌溉水利用率不高。基于此，需要對(duì)石上灌區(qū)輸水管道節(jié)水配套進(jìn)行科學(xué)有效的升級(jí)改造。

1 工程概述

石上灌區(qū)位于寧都縣貢水支流梅江中游，地處E115°54′～116°12′，N26°23′～26°42′之間，東西寬約30km，南北長(zhǎng)35.6km。灌區(qū)涉及石上、安福和梅江等3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，耕地面積4 233hm2，設(shè)計(jì)灌溉面積3 867hm2，有效灌溉面積2 573hm2。灌區(qū)現(xiàn)有分干渠110 條，分干渠總長(zhǎng)257.43km，其中襯砌長(zhǎng)度9.85km，未襯砌長(zhǎng)度247.58km；支渠70 條，支渠總長(zhǎng)123.34km，其中襯砌長(zhǎng)度2.1km，未襯砌長(zhǎng)度121.24km。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，灌區(qū)骨干渠道以土質(zhì)渠道為主，分干渠渠道主要從崗地山坡中通過，渠道土質(zhì)主要由坡殘積粉質(zhì)壤土組成，土體呈可塑狀，存在滲漏問題，但淤積不太嚴(yán)重；支渠大部分從山溝沖積堆積地貌上通過，渠道土質(zhì)主要由沖積粉質(zhì)壤土組成，土體呈可塑狀，存在滲漏問題，淤積嚴(yán)重。寧都縣屬贛南中低山丘區(qū)，以丘陵、山地為主，屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)。氣候溫和，日照充足，四季分明，雨量充沛，冬無嚴(yán)寒，無霜期長(zhǎng)，適宜于亞熱帶作物的正常生長(zhǎng)。石上灌區(qū)位于寧都縣北部，屬構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌和河流沖積堆積地貌，渠系呈條帶狀分布。灌區(qū)地形總體上較平坦，高差較小，一般相對(duì)高差為50～100m。周邊山體山頂高程一般為300～500m。灌區(qū)渠系沿線分布的地層巖性主要有人工堆積層、第四系沖積層和第四系殘坡積層，下伏基巖主要為白堊系沉積巖、石炭系沉積巖、寒武系變質(zhì)巖、震旦系變質(zhì)巖及燕山期早期侵入的花崗巖。

2 石上灌區(qū)節(jié)水設(shè)施現(xiàn)存的問題

石上灌區(qū)始建于20 世紀(jì)60～70 年代，石上灌區(qū)是由若干零散的灌片發(fā)展起來的，由于分散灌片小水源經(jīng)常出現(xiàn)水資源不足、不均衡等問題，經(jīng)常在大旱年導(dǎo)致灌水保證率不高。在施工建設(shè)中受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件、現(xiàn)場(chǎng)地形地貌的影響和限制，相比于現(xiàn)代化灌區(qū)工程，石上灌區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)比較低，施工質(zhì)量比較差，節(jié)水配套設(shè)施也不夠完善[1]。再加上常年存在管理經(jīng)費(fèi)不足的問題，致使灌區(qū)養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)沒有得到及時(shí)更新，石上灌區(qū)現(xiàn)場(chǎng)老化非常嚴(yán)重，工程效益和灌溉面積呈現(xiàn)出逐年遞減的趨勢(shì)，抗干旱、抗洪澇等自然災(zāi)害的能力比較低。現(xiàn)有的灌溉渠道大多為土渠，經(jīng)過多年的運(yùn)行，在人力、自然聯(lián)合破壞的情況下，使得石上灌區(qū)能夠正常通水渠道不足一半，渠道水利用系數(shù)僅在0.49 左右，灌區(qū)襯砌渠道老化破損、建筑物漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。

3 灌區(qū)節(jié)水配套改造的必要性

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，石上灌區(qū)農(nóng)田灌溉基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，難以適應(yīng)農(nóng)業(yè)特別是糧食生產(chǎn)的新形勢(shì)和新要求。灌區(qū)不僅建設(shè)年代早，運(yùn)用時(shí)間長(zhǎng)，資金短缺、工程設(shè)施老化損壞嚴(yán)重、供水能力下降、灌溉水利用率較低，灌溉效益衰減嚴(yán)重等，而且工程性和管理性缺水是灌區(qū)供需水矛盾的主要原因，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)丶Z食生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。為加快灌區(qū)建設(shè)改造步伐，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高灌溉水利用效率，增強(qiáng)灌溉及抗旱能力，迫切需要進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造，其必要性和緊迫性主要表現(xiàn)在：

1）防災(zāi)減災(zāi)的需要：據(jù)2008—2013 年間資料統(tǒng)計(jì)，寧都縣旱澇災(zāi)情不斷，年均因旱澇受災(zāi)面積2 607hm2，糧食減產(chǎn)1 545t。因澇受災(zāi)面積合計(jì)3 347hm2，成災(zāi)面積1 387hm2，糧食減產(chǎn)1 493t。

2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要：石上灌區(qū)是寧都縣重要的糧食生產(chǎn)基地，是寧都縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要陣地。目前，石上灌區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱，抵御自然災(zāi)害的能力差，灌溉保證率不高，已成為灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。開展石上灌區(qū)節(jié)水配套改造，能夠有效改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，促進(jìn)農(nóng)民增收，是寧都縣實(shí)現(xiàn)如期脫貧摘帽的基礎(chǔ)保障，也是寧都縣經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的重要引擎。

3）農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要：水利是農(nóng)業(yè)的命脈，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化離不開水利現(xiàn)代化。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)灌區(qū)水利工程建設(shè)提出了新要求，迫切需要建設(shè)一批設(shè)施先進(jìn)，管理科學(xué)的灌溉排水工程。石上灌區(qū)骨干工程進(jìn)行管道化改造，能夠充分利用山丘區(qū)灌區(qū)水頭，便于發(fā)展噴灌、微灌等高效節(jié)水灌溉，為寧都縣蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供水利基礎(chǔ)保障。

4）社會(huì)效益的需要：石上灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積3 867hm2，灌區(qū)內(nèi)總?cè)丝?.26 萬人。本工程的實(shí)施可改善灌溉面積233hm2，新增、恢復(fù)灌溉面積427hm2（均為農(nóng)田灌溉面積），項(xiàng)目區(qū)內(nèi)農(nóng)作物灌溉保證率將由目前的50%提升至75%，灌溉水利用系數(shù)由目前0.42 提升至0.7，可新增糧食產(chǎn)量158 萬kg，新增農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值359.2 萬元，切實(shí)減少農(nóng)田撂荒，改善城鄉(xiāng)生活條件和生態(tài)環(huán)境，工程實(shí)施后人民生活水平將得到顯著提高。工程總投資為2 172.93 萬元。從國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和財(cái)務(wù)分析結(jié)果來看，本工程的內(nèi)部收益率為13.7%，大于經(jīng)濟(jì)基準(zhǔn)收益率8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值1 165.89 萬元。成本水價(jià)為0.213 元/m3。

各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均符合國(guó)家要求和有關(guān)規(guī)定，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較為顯著，本設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)上是合理的。工程實(shí)施后，灌溉成本水價(jià)遠(yuǎn)低于受益農(nóng)戶的年均收入，不會(huì)增加農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，受益農(nóng)戶完全能夠承受。綜上所述，本灌溉工程的設(shè)計(jì)建設(shè)是十分必要和合理可行的。

4 灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施輸水管道改造的措施

4.1 明確改造的內(nèi)容

為保證灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施輸水管道改造各道工序能夠高效、有序的開展，在正式改造之前，必須明確改造的措施。石上灌區(qū)改造范圍確定為陳坊灌片與陳嶺灌片，其主要建設(shè)內(nèi)容有：

1）輸水管道工程。新建PE輸水管道29.29km，其中新建輸水干管2條，總長(zhǎng)11.57km；新建分水管34條，長(zhǎng)17.72km。

2）新建附屬建筑物229 座，其中新建攔水堰2 座，進(jìn)水池2 座，新建各類閥門水表井225 座。

3）配套管道計(jì)量水表29 套，電磁流量計(jì)2 套。

4.2 工程選型

工程選型是灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施輸水管道改造的重點(diǎn)，在進(jìn)行工程選型時(shí)，需要嚴(yán)格按照國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水發(fā)展的要求，全面提升灌溉水電利用率，以提升新型節(jié)水灌溉技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施中的占比，促使當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。就石上灌區(qū)而言，骨干渠系工程改造可選擇渠道防滲和管道化改造，通過對(duì)比分析渠道防滲和管道化改造優(yōu)缺點(diǎn)，來確定工程改造選型。管道灌溉通常為有壓灌溉，方便后期發(fā)展噴灌、滴灌等先進(jìn)的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，無需后期加壓，也不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響[3]。而溝渠并不具有這些條件，且后期管理非常麻煩。管道輸水灌溉更加符合未來農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。因此，石上灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施改造采用了管道輸水灌溉。

4.3 管線布置

陳坊灌片與陳嶺水庫(kù)和神仙陂水庫(kù)灌片在曾坊村處進(jìn)行連接，其主要目的是為了提高陳嶺水庫(kù)和神仙陂水庫(kù)灌片供水保證率。陳坊水庫(kù)集水面積5.78km2，而陳嶺和神仙陂水庫(kù)集水面積僅為1.58km2，當(dāng)遇到特枯旱年，陳嶺和神仙陂水庫(kù)灌片可能會(huì)因?yàn)閬硭粔?，造成灌片灌水得不到保障，此時(shí)可通過陳坊水庫(kù)灌溉曾坊村，減少陳嶺和神仙陂水庫(kù)的灌溉面積，提高灌溉保證率[4]。其具體運(yùn)行規(guī)則為：

1）灌溉期，當(dāng)陳嶺和神仙陂水庫(kù)灌片水源水量不足以灌溉其控制面積時(shí)，開閥通過陳坊水庫(kù)灌溉曾坊村農(nóng)田。

2）非灌溉期，當(dāng)陳坊水庫(kù)有棄水時(shí)，開閥向曾坊村山塘進(jìn)行補(bǔ)水，增加陳嶺和神仙陂水庫(kù)灌片水源可供水量。

4.4 管材選擇

在石上灌區(qū)輸水管道施工中，管材的選擇直接關(guān)系到工程的造價(jià)，以及整個(gè)輸水系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性，需要高度重視。在灌區(qū)輸水管道施工中常用的管材有3 種，包括球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管、PE 管。需要結(jié)合工程特點(diǎn)和市場(chǎng)供應(yīng)情況選擇合適的管材，本工程管材管徑采用了DN630mm 以下的管材，因此，僅僅對(duì)比球墨鑄鐵管和PE 管。

價(jià)格對(duì)比：當(dāng)管徑≥300mm 時(shí)，球墨鑄鐵管的價(jià)格要小于PE管價(jià)格。因此，從價(jià)格的角度來看，當(dāng)管徑≥300mm，可采用球墨鑄鐵管[5]。

優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：球墨主體管道的優(yōu)點(diǎn)是安裝比較方便，安裝后內(nèi)外承壓好，密封性好，可通過內(nèi)壁噴鋅的方法，提升防腐效果。缺點(diǎn)是球墨鑄鐵管道的連接會(huì)受到人為操作水平的影響，并且長(zhǎng)期運(yùn)行二次污染比較明顯。PE 管道的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性比較好，接口穩(wěn)定可靠，材料抗沖擊，抗開裂，耐老化。缺點(diǎn)是需要采用有效的連接措施，且對(duì)連接技術(shù)的要求比較高。

施工方便程度對(duì)比：案例工程施工現(xiàn)場(chǎng)比較寬闊，管道運(yùn)輸方便，從保證水質(zhì)角度來看，若采用球墨鑄鐵管，需要在管道內(nèi)部涂抹一層水泥，作為內(nèi)襯。若采用了PE 管，則需要水泥內(nèi)襯。從施工方便的角度來看，若采用球墨鑄鐵管道，尤其管道重量大，在具體施工中，需要對(duì)球墨鑄鐵管的承插口進(jìn)行填縫處理，施工過程比較復(fù)雜，施工難度比較大。但若采用PE 管，由于管道質(zhì)量比較輕，在具體施工可不用大型吊車，采用小型吊車即可。而PE 管需要采用熱熔連接，接口密封性能比較好。

綜合對(duì)比價(jià)格、優(yōu)缺點(diǎn)、施工方便程度，在結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕l件，所選擇的施工技術(shù)，以及后期維護(hù)管理的便捷性，最終采用PE100型給水管[6]。

4.5 管徑計(jì)算

由于采用管道輸水，本工程的灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.7，由于本次工程中管道均為自壓流動(dòng)，因此在確定管徑時(shí)應(yīng)結(jié)合地形高差、管道流量綜合選定管道管徑，應(yīng)盡量利用地勢(shì)差消除管道水頭損失。沿程水頭損失計(jì)算公式采用海森-威廉公式計(jì)算，局部水頭損失按沿程水頭損失的15%考慮。

式中：hf為沿程水頭損失（m）；

Q為管道流量（m3/h）；

L為管道長(zhǎng)度；

Cw為沿程水頭損失（m），塑料管取150；

D為管道內(nèi)徑（mm）。

管道水力計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

表1 管道水力計(jì)算結(jié)果表

5 施工效果分析

灌區(qū)節(jié)水改造配套項(xiàng)目實(shí)施后，現(xiàn)有灌溉系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到提高，對(duì)灌區(qū)的良性發(fā)展將發(fā)揮巨大作用。項(xiàng)目區(qū)干渠輸水能力基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，灌溉水利用系數(shù)由現(xiàn)狀0.42 提高到0.7，年均節(jié)約灌溉用水322.59 萬m3。因渠系水利用系數(shù)提高，灌溉制度優(yōu)化，種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等，節(jié)約了灌溉用水量，提高企業(yè)糧食的生產(chǎn)能力和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。

6 結(jié) 語

綜上，結(jié)合石上灌區(qū)實(shí)際案例，分析了灌區(qū)節(jié)水配套改造的措施及應(yīng)用，結(jié)果表明，灌區(qū)節(jié)水配套設(shè)施對(duì)整個(gè)灌區(qū)工程運(yùn)行的穩(wěn)定性有很大影響，尤其是輸水管道是否完善、是否滲漏，有效的提高灌區(qū)水資源的綜合利用率。在進(jìn)行升級(jí)改造中，充分考慮灌區(qū)特點(diǎn)，選擇合適的管材，最大限度保證改造效果。