云竹水库灌区节水灌溉工程方案设计

宋必连

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 灌区现状

云竹水库是一座以防洪为主，兼顾农田灌溉和发电、养鱼等的综合性中型水库。灌区节水灌溉工程位于榆社县西南部，云竹水库以下云竹河两岸，灌区覆盖3个乡镇，17个村，3825户，1.4万人，灌区土地总面积75 km2，设计灌溉面积2000 hm2，设计引水流量0.91 m3/s。现状灌区原有灌溉渠道破损严重，工程不配套，灌溉技术落后，水资源利用率低，水量损失十分严重，灌溉水利用系数仅0.433，而先进国家已达到0.70~0.80，灌区基本上靠天吃饭。

2 设计方案

2.1 灌溉方式

云竹水库灌区种植结构为玉米、棉花等大田作物，可选择的节水灌溉方式有渠灌、喷灌、滴灌和管灌等。经过对上述灌溉节水方式从投资、运行费用、占地、施工技术、节水效果、工程寿命、便捷程度等多方面比较，结合灌区现状以及灌区内种植作物的实际情况，主要对渠灌方式和管灌方式进行比选。渠灌方式和管灌方式均能有效提高灌溉水利用系数，但管灌方式水量损失更小，可大大提高灌溉水利用率，节水效果较好，同时还具有使用寿命长、维护费用低、便于管理等优点，故确定灌区灌溉方式为管灌。

2.2 管材选择

根据工程特点以及当地实际情况，管材选择预应力钢筋混凝土管、PE管以及玻璃钢管三种管材进行比较。

2.2.1 预应力钢筋混凝土管

预应力钢筋混凝土管根据加工工艺的不同分为一阶段法和三阶段法。其优点是适应地基的能力强，抗折性能好，采用柔性胶圈接口，对接方式为承插式，防腐能力强，不需要后期做防腐处理，工程造价较低。缺点是管道自重大，抗渗能力差，钢丝易生锈，管件在制作过程中存在一定的工艺缺陷，管道与附件连接需要特制的法兰连接，运输和施工难度偏大，使用寿命较短，输水安全性能较差。

2.2.2 PE管

PE管也称聚乙烯管材，其主要应用于城市供水、城市燃气供应及农田灌溉。优点是摩擦系数小、介质流动性好，耐磨性能高，水质卫生性好、食品级内衬无毒、自洁抗菌、长期使用不结垢，能抵抗多种化学介质、无腐蚀性，自重小，柔韧性能好，可抵御强烈的冲击、震动和扭曲，连接工艺简单、运输和施工方便等，但工程造价高。

2.2.3 玻璃钢管

玻璃钢管又称玻璃纤维增强热固性树脂加砂管，其优点是摩阻系数较小，相同工况下输送能力可提高20%以上。在泵流输水系统设计中，相同规模的管道可节省泵的功率和能源，减少工程长期运行费用。管道在重力流的条件下，若水头损失相同时，管径可减小到原来的15%；若管径相同时，可降低管线的水力坡降。玻璃钢管通过改变树脂种类、含量以及纤维的排列来提高管道的耐腐蚀性和强度，增强管道抵抗多种化合物、污水、腐蚀性土壤及多种有机、无机溶剂等不同化学介质侵蚀的能力，同时在使用过程中不结垢，不会滋生有害菌和其他微生物。玻璃钢管具有环向拉伸强度高、抗冻性能好和电热绝缘性高，无须进行阴极保护等特点，适应于输电、电信线路密集区和多雷区的工程施工。采用“O”型密封橡胶圈承插式连接，管件制作工艺比较简单，法兰可与任意符合国家标准的同直径的其他材质的法兰连接。由于管道接头少，既能提高管道的安装速度，又可降低管道的安全隐患。但玻璃钢管由于管壁较薄，管道较脆，耐冲击力较差，对管基的地层与管道的回填要求较高，因此，玻璃钢管在运输和安装过程中必须严格遵守相关规范和规程。三种管材比较结果见表1。

表1 预应力钢筋混凝土管与PE管、玻璃钢管综合比较分析表

本工程的供水对象为榆社县3个乡镇、17个自然村的农业灌溉，作为灌溉保证率高、管线长的输水工程，对管道的安全性能以及抵抗外界干扰性、管材的耐久性等方面的要求都较高。从目前国内市场以及管材生产厂家的技术成熟度来看，以上三种管材基本上均可满足要求，但同管径的PE管工程造价最高，从管材的技术特性进行比较后，玻璃钢管比预应力钢筋混凝土管更具优势。因此，采用玻璃钢管作为本灌区节水工程的管材。

3 输水线路方案比选

根据地形及地质条件，并结合现有工程输水线路走向受地形及供水点条件所限的实际，考虑现有的灌区渠道及工程区内主要公路走向对线路布置的影响，本次设计对压力管道输水线路的走向选择了穿灌区布置管线输水方案与沿原灌区渠道布置管线输水方案进行比较。

穿灌区布置管线输水方案综合考虑灌区分布范围、高程，充分发挥管道输水对地形要求较低的优势，将管道直接布置在灌区中央或直线穿过。该方案具体布置为：主干管从云竹水库枢纽大坝下游的水电站分水管引水，沿河道两岸河谷，经云竹镇、北村、乔家沟、桃阳、东桩、北图划、南马会、上石拐、下石拐、韩村、闫家沟村、白庄村至灌区末端的36分干管，全长23.45 km，共布设分干管36条。该方案的优点是管线较短，投资较小，施工条件较好，运行管理方便；缺点是需要征地，且管道压力较大，对管道的耐压能力要求较高。

沿原灌区渠道布置管线输水方案是利用在原灌区的南干渠、北干渠、西干渠内将原渠道改为管道输水，从而减少水量损失。该方案具体布置为：南干渠管线沿南岸南侧布置，平行于南岸一条村间土路，至云竹镇和平村，长11.4 km；北干渠管线沿水库至县城公路南侧布置，直到云竹镇林头村东，长9.78 km；西干渠线沿榆韩公路直下至郝北镇白庄村，长9.8 km，线路总长30.98 km，共布设分干管42条。该方案的优点是不用征地，且管道压力较小，对管道的耐压能力要求较低；缺点是管线较长，投资较大，施工条件较差，运行管理不方便，没有发挥出压力管道输水的优越性。

经比较，本工程选择穿灌区布置管线输水方案作为推荐方案。

4 结论

综上所述，采用管材为直径700 mm的玻璃钢管、灌溉方式为低压管灌、输水线路为穿灌区布置管线输水节水工程设计方案。本节水灌溉方案实施后，可引导榆社县农业增长方式由数量型向效益型转变，提高农业综合效益；同时对增加农民收入，全面加快小康社会建设步伐，推进农业现代化进程具有积极的示范和推动作用。