蘇巴什河灌區(qū)自壓輸水管網(wǎng)布置方案分析比較

劉 鑫 李紅星

（1.新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 新疆 烏魯木齊 830002；2.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司 陜西 西安 710065）

1 工程概況

蘇巴什河灌區(qū)位于新疆阿克蘇地區(qū)柯坪縣，該灌區(qū)包括玉爾其鄉(xiāng)、蓋孜力克鄉(xiāng)和柯坪鎮(zhèn)3個行政單位，灌區(qū)灌溉面積2868hm2，均為地面灌。工程灌溉水源來自蘇巴什河，在已建的蘇巴什干渠上新建一座節(jié)制進(jìn)水閘引水，經(jīng)擬建的235萬m3沉沙調(diào)節(jié)池、輸水管網(wǎng)等輸往下游灌區(qū)。沉沙調(diào)節(jié)池的位置根據(jù)下游灌區(qū)自壓滴灌對水頭的要求，并考慮就近引水、交通及用電方便等，選定在縣城西北地勢較高的沖洪積戈壁灘上，其高程可保證灌區(qū)內(nèi)2868hm2的棗樹實現(xiàn)自壓滴灌。

2 輸水管網(wǎng)布置

2.1 影響布置的主要因素

項目區(qū)由節(jié)制進(jìn)水閘引水、沉沙調(diào)節(jié)池調(diào)蓄沉沙、自壓管道輸水，對田間的作物進(jìn)行自壓滴灌，結(jié)合項目區(qū)現(xiàn)狀，本項目輸水管網(wǎng)布置方式主要由以下幾個因素確定：

（1）合適的沉沙調(diào)節(jié)池位置

沉沙調(diào)節(jié)池位置高（高程高）則可利用水頭高，允許管網(wǎng)有較多的水頭損失，因此用于積累落差的輸水管道管徑可較小，但位置高則距離項目區(qū)遠(yuǎn)，輸水管道長度較長，同時高程高則水頭高，管網(wǎng)必須承受高水頭所帶來的壓力，耐壓等級需相應(yīng)提高；反之，沉沙調(diào)節(jié)池位置低，管道耐壓等級低、長度短，但為保證末端獲取足夠的水頭，需要增大管徑以減小水頭損失。該因素對投資有一定影響，其變量可簡稱“高池”和“低池”兩種。

（2）管網(wǎng)是否減壓

項目區(qū)北高南低，最北端的土地較南端的土地高程高52m，最北端的土地要進(jìn)行自壓滴灌，沉沙調(diào)節(jié)池高程至少還要高出該土地30m（暫按過濾器損失+各級管網(wǎng)沿程損失+滴灌帶工作水頭=30m計算）以上，則相對于最南端的土地，與沉沙調(diào)節(jié)池的高差將達(dá)到82m以上，如采用“高池”，則高差更大。因此，無論“高池”還是“低池”，都存在是否減壓的問題。

同理，不減壓則管網(wǎng)水頭富余多，可允許更多的水頭用于管網(wǎng)的水力損失，管網(wǎng)的管徑可以較小，但管網(wǎng)耐壓等級需相應(yīng)提高。若在管網(wǎng)某處進(jìn)行減壓，則減壓后管網(wǎng)的耐壓等級可以相應(yīng)降低，但減少了富余水頭，管網(wǎng)的管徑相對較大。該因素對投資和運(yùn)行管理都有一定影響，其變量可簡稱“減壓”和“不減壓”兩種。

（3）輸水線路

管線的平面布置也是影響工程投資和管理的因素之一，要結(jié)合現(xiàn)狀因地制宜的布設(shè)。項目區(qū)現(xiàn)狀地形地質(zhì)條件較復(fù)雜，輸水線路上有寬度上百米的沖洪溝作為分隔，周邊也被類似沖洪溝包圍，管線要進(jìn)入項目區(qū)不可避免要穿越洪溝，但要減少穿越洪溝的次數(shù)。項目區(qū)內(nèi)的條田為現(xiàn)有農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，渠、林、路配套，管線在農(nóng)作區(qū)布置時一方面要盡可能順直，另一方面要避開地物，同時少占耕地。

2.2 主要因素的選擇

各主要因素所對應(yīng)的工程特性如下：（1）“高池”和“低池”

由灌區(qū)典型設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)口壓力反推沉沙調(diào)節(jié)池的高程為1220m，經(jīng)實地勘察，選擇了“高池”和“低池”兩個方案?！暗统亍狈桨缸畹瓦\(yùn)行水位為1223m，項目區(qū)可利用落差33m～85m，可供給田間足夠的水頭。“高池”方案最低運(yùn)行水位位于高程1240m處，項目區(qū)可利用落差50m～102m，與“低池”相比，增加了17m水頭，即管道的一個壓力等級區(qū)間，與“高池”的特征吻合。

（2）“減壓”和“不減壓”

“不減壓”則整個項目區(qū)全部承接自沉沙調(diào)節(jié)池開始累積的水頭。

“減壓”因素確定過程如下：

①減壓區(qū)間的劃分

由于在1.0MPa的壓力等級范圍內(nèi)，管道的耐壓等級以0.2MPa為一個分級區(qū)間，因此，可以0.2MPa作為一級減壓的壓差，減壓后的管道能夠降低一個壓力等級。本項目區(qū)范圍內(nèi)蓋孜力克鄉(xiāng)西側(cè)和柯坪鎮(zhèn)內(nèi)連片耕地的高程較高，介于1190m～1163m之間，面積占整個項目區(qū)的25.6%，其余項目區(qū)高程在1168m～1138m。因此蓋孜力克鄉(xiāng)這25.6%的面積可作為一個壓力區(qū)間，直接引用沉沙調(diào)節(jié)池水頭，其余74.4%面積的項目區(qū)作一個壓力區(qū)間，該區(qū)間進(jìn)口壓力較沉沙調(diào)節(jié)池減小一個壓力等級。整個管網(wǎng)只做一次減壓，減壓后兩個壓力區(qū)間內(nèi)的管道壓力等級均在0.4MPa～0.6MPa之間。

表1 輸水管網(wǎng)布置因素代碼表

圖1 方案組合框圖

表2 組合方案特性表

②減壓方式的確定

減壓方式可采用在管道設(shè)定位置修建減壓池進(jìn)行減壓的方式，或采用在管道設(shè)定位置安裝減壓閥進(jìn)行減壓的方式。經(jīng)現(xiàn)場選址，減壓池設(shè)在高程1201m處，距沉沙調(diào)節(jié)池1240m，有效容積610m3，投資19.4萬元。減壓閥每條干管需安裝一個，由于該閥價格較高，國內(nèi)產(chǎn)品價格約13萬元/個（口徑600mm～800mm），整個系統(tǒng)需要2～3個（視管網(wǎng)布置方案不同而不同），再加上與之配套的建筑物和電力線等，總投資明顯高于減壓池方案，且安全性差（整個供水季節(jié)需保證該閥正常運(yùn)行，如因種種原因出現(xiàn)閥門關(guān)閉不嚴(yán)、控制壓力出現(xiàn)偏差等問題，將導(dǎo)致閥后管網(wǎng)超壓），因此推薦采用減壓池方案。

③向減壓池輸水方式的確定

由沉沙調(diào)節(jié)池向減壓池輸水可采用有壓輸水和無壓輸水兩種方式，有壓輸水路徑為：放水涵洞→有壓管道→減壓池；無壓輸水路徑為：放水涵洞+消力池→無壓管（或暗渠）→減壓池，同時，二者針對沉沙調(diào)節(jié)池和減壓池之間水位、流量協(xié)調(diào)控制問題的處理方式也不同。

有壓輸水：沉沙調(diào)節(jié)池放水建筑物為放水涵洞，出口接玻璃鋼管輸水，總投資272.74萬元，玻璃鋼管末端設(shè)遙控浮球閥對減壓池水位進(jìn)行控制。

無壓輸水：沉沙調(diào)節(jié)池放水建筑物為放水涵洞+壩下涵管（為蓋孜力克鄉(xiāng)西側(cè)的土地供水），涵洞后設(shè)消力池，消力池后接漿砌石暗渠輸水，總投資243.02萬元，減壓池水位通過放水閘控制。

由上可見，有壓輸水較無壓輸水增加投資29.72萬元，但是沉沙調(diào)節(jié)池大壩上的放水建筑物少，相對安全，而且該方案能夠有效控制減壓池的水位，保證下游用水安全，因此推薦采用有壓供水方案。

④綜上，確定“不減壓”為管網(wǎng)承接所有水頭；“減壓”為在沉沙池后高程1201m處修建減壓池、由沉沙池至減壓池之間采用有壓輸水的方案，該段有壓管道命名為“連接管”，以與自壓輸水管網(wǎng)區(qū)別開來。

（3）輸水線路

經(jīng)實地勘察，本設(shè)計選取了2條線路供選擇，線路一在玉爾其鄉(xiāng)、蓋孜力克鄉(xiāng)、柯坪鎮(zhèn)各自布置一條輸水干管，其特點(diǎn)是輸水干管相對較分散，兩鄉(xiāng)一鎮(zhèn)形成各自的管網(wǎng)，便于管理，同時流量分散，因此管徑較??；線路二在玉爾其鄉(xiāng)布置一條干管，蓋孜力克鄉(xiāng)和柯坪鎮(zhèn)共用一條干管，其特點(diǎn)是輸水干管相對較少，但流量集中，管徑較大。由于項目區(qū)地形地質(zhì)情況復(fù)雜，兩鄉(xiāng)一鎮(zhèn)周邊及鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)部無其他能夠讓管道順利通行的線路供選擇?，F(xiàn)狀玉爾其鄉(xiāng)內(nèi)有兩條通行道路，但均已硬化，兩側(cè)建筑物、防護(hù)林、電力線等密布，不能作為管道通行的線路，只能從該鄉(xiāng)西側(cè)通過，但需穿越天然洪溝形成的洼地；蓋孜力克鄉(xiāng)內(nèi)有6條通行道路，僅有1條土路可供管線順利通過。故現(xiàn)場選線后線路方面選擇因素也確定為2個，按照各自特點(diǎn)，線路一、二可分別簡稱為“分散供水”和“集中供水”。

2.3 各因素的可能組和

上述各因素互相影響，需進(jìn)行組合，形成布置方案。為簡化各因素名稱，編制各因素代碼如表1所示。

各因素之間窮盡組合，可形成8個方案但有些方案可直接排除，不做比較，如高池A的優(yōu)勢在于有較高的累積水頭，若中部某處進(jìn)行減壓，減壓后的水頭將與低池B相同則其優(yōu)勢將不復(fù)存在。因此，方案A與方案不組合。

調(diào)整組合后的布置方案如圖1所示。

3 方案分析比較

六種組合方案工程特性比較詳見表2。

由表2可見，從投資角度，BCE方案投資最省；從管道耐壓等級角度，采用BCE和BCF方案耐壓等級最低，均在0.4MPa～0.6MPa之間，相應(yīng)安全性較好，但BCF方案因穿越?jīng)_洪溝的次數(shù)較多，需增加相應(yīng)的過溝建筑物和排水排氣設(shè)施，安全性較BCE方案差一些；從管理角度，水頭高的方案需特別注意運(yùn)行過程中的水錘問題，難度較高，水頭低的方案相對較好。

綜上，從工程投資、管道耐壓等級、管理難度、安全性等方面對各組合方案進(jìn)行比選，推薦BCE方案，該方案具有投資最省水頭運(yùn)用合理，管網(wǎng)壓力等級低等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語

管道自壓輸水可充分利用灌區(qū)地形，其技術(shù)成本低且具有節(jié)水、節(jié)能、輸水速度快、供水及時等特點(diǎn)，已成為開展農(nóng)業(yè)灌區(qū)節(jié)水改造的必要措施。管網(wǎng)系統(tǒng)布置是自壓輸水管網(wǎng)設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容之一，在對自壓輸水管網(wǎng)進(jìn)行布置時，應(yīng)結(jié)合灌區(qū)實際情況因地制宜，從工程投資、管道耐壓等級、管理難度、安全性等多方面進(jìn)行多方案的組合比選，推選出適合工程實際的管網(wǎng)布置方案。陜西水利

[1]張震義.南岸干渠自流灌區(qū)管道輸水減壓方案分析比較.[J].山西建筑,2010,36（29）。