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        石上灌區(qū)節(jié)水配套改造措施分析與應(yīng)用

        2024-01-05 09:34:06張秋香
        黑龍江水利科技 2023年12期
        關(guān)鍵詞:寧都縣輸水管節(jié)水

        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。

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