吳文勇 郝仲勇 劉洪祿 鄭文剛 齊志明 師彥武
0 引言
截止2003年，我高速公路里程已達(dá)3萬km，綠化隔離帶是高速公路中重要的基礎(chǔ)設(shè)施。目前，綠化隔離帶的安全灌溉問題一直沒有得到很好的解決，一直沿用人工水車灌溉的辦法，存在極大的安全隱患，綠化隔離帶單位長度年運(yùn)行費(fèi)為3.57萬元/（a.km），是其他類型綠地灌溉成本10倍以上。利用滴灌系統(tǒng)可以大幅度減少灌溉成本，減少水車灌溉帶來的交通風(fēng)險和對行車的影響。高速公路綠化隔離帶通常為梯形土糟，上口寬度2m左右，深度0.6m左右，下面有通訊管道系統(tǒng)與路基相連。由于特殊的地理位置，中央隔離帶節(jié)水灌溉系統(tǒng)相比存在施工空間小、施工難度大、日常維護(hù)困難等問題。因此，系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料選擇、部件安裝與施工工藝上`采取非常規(guī)方法，盡量減少綠化養(yǎng)護(hù)對灌水器或管道產(chǎn)生的破壞。
1 材料與方法
北京市水利局科學(xué)研究所在北京市五環(huán)京開立交橋（k12+150m---k14+200m）建設(shè)2.05km中央綠化隔離帶節(jié)水灌溉系統(tǒng)試驗(yàn)階段，開展相關(guān)研究。灌溉系統(tǒng)由首部系統(tǒng)、輸配水系統(tǒng)、灌水器等部分組成。灌溉系統(tǒng)長2.05km，東西走向，首部在系統(tǒng)東側(cè)。干管、支管、毛管采用PE管。隔離帶兩側(cè)矮小灌木采用φ20mm內(nèi)鑲式滴灌管，流量為1.6L/H，間距0.33mm；隔離帶中間為不連續(xù)檜柏組，采用XB-10PC1032管上式滴頭，流量為3.785L/H。
2 輸配水管道連接工藝研究
2.1 干、支管連接形式
PE管一般應(yīng)采用電熔焊接，系統(tǒng)干、支管應(yīng)采用同材質(zhì)PE管，均采用熱熔焊接工藝。北京五環(huán)路就開橋2KM(K12+150M—K14+200M)滴灌系統(tǒng)試驗(yàn)段共有焊點(diǎn)400個，經(jīng)過10個月的運(yùn)行，未出現(xiàn)斷裂與漏水現(xiàn)象，焊接可靠性為100%，焊口抗拉強(qiáng)度是管道強(qiáng)度的3倍，不易破壞。同時焊接方式施工方便，管道設(shè)計(jì)不受地形限制，連接件可以根據(jù)地形變化制作，因此，這種連接方式對于高速公路灌溉系統(tǒng)而言，是一種簡便可靠的連接方式。
2.2 支、毛管連接形式
試驗(yàn)段支管為直徑32mm的PE管，毛管為25mmPE管與φ20滴灌管，支，毛管采取鞍座連接與倒齒接頭2種連接方式，共有支，毛管連接點(diǎn)65處，考察不同連接形式的耐久性。10個月的運(yùn)行測試表明，2種連接形式均未出現(xiàn)破裂或脫落，可靠性均為100%.但是鞍座連接方式密封性能一般，易出現(xiàn)滴水或漏水現(xiàn)象，并且施工工藝復(fù)雜，鞍座容易變形，不易維護(hù)；倒齒接頭的密封性較好，且施工工藝簡單方便。同時，由于滴灌管臂薄，采用PE鞍座與直通車連接時，管臂容易變形與漏水，倒齒接頭與倒齒直通連接應(yīng)成為支管、毛管間推薦的連接形式。
3 毛管鋪設(shè)與滴頭安裝工藝研究
3.1 不同毛管鋪設(shè)形式對滴頭耐久性的影響
通過10個月對灌溉系統(tǒng)運(yùn)行測試發(fā)現(xiàn)，毛管不同鋪設(shè)形式對滴頭的耐久性有顯著影響。地上鋪設(shè)的滴頭破壞率8%，地下埋深鋪設(shè)毛管的滴頭破壞率僅為0.4%，前者是后者的20倍，毛管淺埋方式可以降低綠化養(yǎng)護(hù)過程中人員行走與養(yǎng)護(hù)對滴頭的直接破壞，是延長滴頭耐久性的重要措施。
3.2 滴頭不同安裝方式對耐久性的影響
對所破壞的滴頭進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，滴頭在毛管上的不同安裝方式對于滴頭壽命有明顯的影響。按照垂向安裝與側(cè)向安裝2種類型來統(tǒng)計(jì)，在所破壞的滴頭中，95%為垂向安裝的滴頭， 5%為側(cè)向安裝的滴頭，破壞痕跡主要是腳踩壞與養(yǎng)護(hù)工具鏟壞。因此，側(cè)向安裝滴頭是保證滴頭耐久性的重要措施。滴頭破壞時，由于管內(nèi)壓力較大，若無阻擋，水流可以橫向射出4--6米，直接影響行車安全。滴頭應(yīng)安裝在檜柏組的內(nèi)側(cè)，以保證一旦發(fā)生滴頭損壞，植株對水流起到明顯的阻流作用，防止漏水對行車的影響。滴頭側(cè)向向內(nèi)側(cè)安裝是推薦的安裝方式，并且滴頭應(yīng)在檜柏組寬度范圍內(nèi)。
4 水源進(jìn)入隔離帶的主要形式
灌溉水源進(jìn)入中央綠化隔離帶是一項(xiàng)重要的建設(shè)內(nèi)容，現(xiàn)有高速公路均沒有預(yù)設(shè)灌溉水源通道，因此，水源進(jìn)入方式應(yīng)當(dāng)因地制宜，可以從地下與空中2種途徑進(jìn)入。對于新建公路，要在公路建設(shè)期間，預(yù)埋套管作為水源管進(jìn)入的通道，或者利用交叉建筑物支撐水源管道進(jìn)入。對于已建應(yīng)當(dāng)通過交叉建筑物引入水源，在交叉建筑物較少的地段可以采用空中桁相結(jié)構(gòu)進(jìn)入水源，要嚴(yán)格避免破路鋪管。
5 中央隔離帶節(jié)水灌溉系統(tǒng)投資分析
以試驗(yàn)段建設(shè)成本為計(jì)算依據(jù)，采用雙向供水方式，長度4.1KM的中央隔離帶節(jié)水灌溉系統(tǒng)為一個典型設(shè)計(jì)單元。滴灌系統(tǒng)投資由直接費(fèi)與間接費(fèi)用組成，直接費(fèi)包括首部，輸配水系統(tǒng)，灌水器，遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制系統(tǒng)建設(shè)的材料費(fèi)、人工費(fèi)等，間接費(fèi)包括設(shè)計(jì)費(fèi)、企業(yè)管理費(fèi)、利潤、稅金等。
首部系統(tǒng)包括離心式過濾器、疊片過濾器、變頻器等；輸配水系統(tǒng)包括干管、分干與支管等，灌水器包括滴灌帶與滴頭；控制系統(tǒng)包括傳感器，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制器、計(jì)算機(jī)、手機(jī)模塊、打印機(jī)等，工程預(yù)算不包括水源工程費(fèi)。
系統(tǒng)總投資63.11萬元，輸配水系統(tǒng)占總投資的45%，主要是由于選擇了PE管材，其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗凍防撞等特點(diǎn)，所以材料費(fèi)相對較高。另外，灌水器費(fèi)用占12%，遠(yuǎn)程監(jiān)控系數(shù)占9%，首部系統(tǒng)占5%，其他費(fèi)用占29%，單位長度投資為15.4萬元/km。目前我國高速公路建設(shè)投資為0.7—0.9億元/km，灌溉系統(tǒng)占總投資的0.17%--0.22%。
6 滴灌促進(jìn)植株生長
滴灌與水車大水漫灌相比，能夠提供較好的水、氣、熱環(huán)境，促進(jìn)植株的生長，由于水車大水漫灌容易破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤板結(jié)，土壤入滲速率降低，水份利用率較低。對紅葉小檗滴灌區(qū)與對照區(qū)（漫灌）2組樣品的檢驗(yàn)表明：滴灌區(qū)樣本平均高度為77.4cm,對照區(qū)為73.0cm ,比對照區(qū)高出6%；對金葉女貞滴灌區(qū)與對照區(qū)（漫灌）的2組樣品的檢驗(yàn)表明：滴灌區(qū)樣本平均高度為79.9cm，對照區(qū)為72.5cm，比對照區(qū)高出10%。
7 效益分析
本項(xiàng)目的凈效益根據(jù)“有項(xiàng)目”與“無項(xiàng)目”對比的原則來確定，無項(xiàng)目是按照現(xiàn)有水車灌溉的方式，效益分為節(jié)水效益，灌溉運(yùn)行費(fèi)節(jié)約效益、占道時間節(jié)約效益。
7.1 節(jié)水效益
節(jié)水效益主要指減少地下水井采節(jié)省的水資源與開采成本。采用滴灌系統(tǒng)，按照平水年年灌水25次，灌水定額為32立方米/km計(jì)算，灌溉定額為800立方米/（a.km）采用水車灌水按照年灌水15次，灌水定額為166立方米/km計(jì)算，灌溉定額2490立方米/（a.km）。節(jié)水1690立方米/（a.km），年節(jié)水經(jīng)濟(jì)效益為1690元/km.
7.2 灌溉運(yùn)行費(fèi)節(jié)約效益
運(yùn)行費(fèi)主要指灌溉中央隔離帶所發(fā)生的人工費(fèi)、臺班費(fèi)等。目前，每公里每次水車灌溉需要臺班費(fèi)與交通管制費(fèi)工作共計(jì)為0.18萬元，水費(fèi)為166元/次，年灌溉15次，年運(yùn)行費(fèi)2.7萬元/km,滴灌系統(tǒng)灌溉成本為通訊費(fèi)用和季度維護(hù)費(fèi)。通訊費(fèi)為1次30元，水費(fèi)1次32元，按照年灌水25次計(jì)算，共計(jì)0.155萬元/(a.km);每季度4次，每次400元，年維護(hù)費(fèi)為0.16萬元，共計(jì)年運(yùn)行費(fèi)0.315萬元/km。采用滴灌系統(tǒng)節(jié)省運(yùn)行費(fèi)2.385萬元/km。
7.3 占道時間節(jié)約效益
高速公路綠化隔離帶灌溉系統(tǒng)一般在白天道路通行高峰期進(jìn)行，利用水車灌溉嚴(yán)重影響道路通行能力。按照目前高速公路綠化隔離帶滴水15次，每次灌水2個臺班計(jì)算，每公里年占道時間為240h,相當(dāng)于每年1/36的時間道路不能發(fā)揮正常運(yùn)輸效益，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。
五環(huán)設(shè)計(jì)時速為100km,按照水車灌溉占道影響行車時速20%計(jì)算，五環(huán)路通行能力為0.25萬輛/h，以每輛車乘客3人，每小時人均收入為2.65元計(jì)算。
綜上所述，采取滴灌系統(tǒng)灌溉高速公路綠化隔離帶，節(jié)水1690立方米/(a.km)，節(jié)水效益、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)、節(jié)約旅客時間效益總計(jì)3.75萬元/(a.km).按照折舊期10年計(jì)算，灌溉系統(tǒng)年折舊費(fèi)為1.54萬元，高速公路滴灌系統(tǒng)年度凈收益為2.21萬元/(a.km)。按照靜態(tài)投資回收年限收益分析，投資回收期4.1年。
按照2010年全國高速公路里程3.6萬Km中的30%里程建設(shè)滴灌系統(tǒng)來計(jì)算，全國年度經(jīng)濟(jì)效益為2.4億元。
8 結(jié)束語
（1）高速公路綠化隔離帶灌溉系統(tǒng)單位長度投資為15.4萬元/km，是目前我國高速公路建設(shè)投資的0.5%--0.8%，其中，輸配水系統(tǒng)占總投資的45%，是費(fèi)用的主要構(gòu)成。
（2）滴灌與水車大水漫灌相比，能夠提供較好的水、肥、氣、熱環(huán)境，促進(jìn)作物的生長。紅葉小檗滴灌區(qū)與對照區(qū)（漫灌）相比，植株高度提高6%；金葉女貞滴灌區(qū)與對照區(qū)（漫灌）相比，植株高度提高10%，葉面積也有明顯提高。
（3）采取滴灌系統(tǒng)灌溉高速公路綠化隔離帶，年節(jié)水1690立方米；高速公路滴灌系統(tǒng)年度凈收益為2.21萬元（a.km）；投資回收期為4.1年；2010年全國高速公路按照30%里程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益將達(dá)2.4億元/a。
（4）毛管淺埋方式與側(cè)向安裝滴頭是延長滴頭耐久性的重要措施，人員行走與養(yǎng)護(hù)是滴頭破壞的直接原因。
