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3萬km，綠化隔離帶是高速公路中重要的基礎設施。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行費為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、日常維護困難等問題。因此，系統(tǒng)優(yōu)化設計、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)護對灌水器或管道產生的破壞。
1 材料與方法
北京市水利局科學研究所在北京市五環(huán)京開立交橋（k12+150m---k14+200m）建設2.05km中央綠化隔離帶節(jié)水灌溉系統(tǒng)試驗階段，開展相關研究。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。干管、支管、毛管采用PE管。隔離帶兩側矮小灌木采用φ20mm內鑲式滴灌管，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管一般應采用電熔焊接，系統(tǒng)干、支管應采用同材質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)試驗段共有焊點400個，經過10個月的運行，未出現斷裂與漏水現象，焊接可靠性為100%，焊口抗拉強度是管道強度的3倍，不易破壞。同時焊接方式施工方便，管道設計不受地形限制，連接件可以根據地形變化制作，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65處，考察不同連接形式的耐久性。10個月的運行測試表明，2種連接形式均未出現破裂或脫落，可靠性均為100%.但是鞍座連接方式密封性能一般，易出現滴水或漏水現象，并且施工工藝復雜，鞍座容易變形，不易維護；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成為支管、毛管間推薦的連接形式。
3 毛管鋪設與滴頭安裝工藝研究
3.1 不同毛管鋪設形式對滴頭耐久性的影響
通過10個月對灌溉系統(tǒng)運行測試發(fā)現，毛管不同鋪設形式對滴頭的耐久性有顯著影響。地上鋪設的滴頭破壞率8%，地下埋深鋪設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)護過程中人員行走與養(yǎng)護對滴頭的直接破壞，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
對所破壞的滴頭進一步研究發(fā)現，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。按照垂向安裝與側向安裝2種類型來統(tǒng)計，在所破壞的滴頭中，95%為垂向安裝的滴頭， 5%為側向安裝的滴頭，破壞痕跡主要是腳踩壞與養(yǎng)護工具鏟壞。因此，側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。滴頭應安裝在檜柏組的內側，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。滴頭側向向內側安裝是推薦的安裝方式，并且滴頭應在檜柏組寬度范圍內。
4 水源進入隔離帶的主要形式
灌溉水源進入中央綠化隔離帶是一項重要的建設內容，現有高速公路均沒有預設灌溉水源通道，因此，水源進入方式應當因地制宜，可以從地下與空中2種途徑進入。對于新建公路，要在公路建設期間，預埋套管作為水源管進入的通道，或者利用交叉建筑物支撐水源管道進入。對于已建應當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構進入水源，要嚴格避免破路鋪管。
5 中央隔離帶節(jié)水灌溉系統(tǒng)投資分析
以試驗段建設成本為計算依據，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)為一個典型設計單元。滴灌系統(tǒng)投資由直接費與間接費用組成，直接費包括首部，輸配水系統(tǒng)，灌水器，遠程監(jiān)測與控制系統(tǒng)建設的材料費、人工費等，間接費包括設計費、企業(yè)管理費、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，遠程數據采集與控制器、計算機、手機模塊、打印機等，工程預算不包括水源工程費。
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，其具有質量輕、強度高、抗凍防撞等特點，所以材料費相對較高。另外，灌水器費用占12%，遠程監(jiān)控系數占9%，首部系統(tǒng)占5%，其他費用占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，促進植株的生長，由于水車大水漫灌容易破壞土壤結構，造成土壤板結，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
本項目的凈效益根據“有項目”與“無項目”對比的原則來確定，無項目是按照現有水車灌溉的方式，效益分為節(jié)水效益，灌溉運行費節(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)水經濟效益為1690元/km.
7.2 灌溉運行費節(jié)約效益
運行費主要指灌溉中央隔離帶所發(fā)生的人工費、臺班費等。目前，每公里每次水車灌溉需要臺班費與交通管制費工作共計為0.18萬元，水費為166元/次，年灌溉15次，年運行費2.7萬元/km,滴灌系統(tǒng)灌溉成本為通訊費用和季度維護費。通訊費為1次30元，水費1次32元，按照年灌水25次計算，共計0.155萬元/(a.km);每季度4次，每次400元，年維護費為0.16萬元，共計年運行費0.315萬元/km。采用滴灌系統(tǒng)節(jié)省運行費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行，利用水車灌溉嚴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個臺班計算，每公里年占道時間為240h,相當于每年1/36的時間道路不能發(fā)揮正常運輸效益，帶來較大的經濟損失。
五環(huán)設計時速為100km,按照水車灌溉占道影響行車時速20%計算，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)省運行費、節(jié)約旅客時間效益總計3.75萬元/(a.km).按照折舊期10年計算，灌溉系統(tǒng)年折舊費為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%里程建設滴灌系統(tǒng)來計算，全國年度經濟效益為2.4億元。
8 結束語
（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投資的0.5%--0.8%，其中，輸配水系統(tǒng)占總投資的45%，是費用的主要構成。
（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%里程建設的經濟效益將達2.4億元/a。
（4）毛管淺埋方式與側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)護是滴頭破壞的直接原因。
