提高山區農田灌溉水管道施工效率的方法

王飛

寧夏水投中衛水務有限公司建設分公司 寧夏 中衛 751700

為建設黃河流域生態保護和高質量發展先行市，穩步實現壓砂地生態修復和生態產業可持續發展，實現拓展脫貧攻堅成果同鄉村振興有效銜接，解決區域地下水超采引起的生態問題的需要。由寧夏水投中衛水務有限公司負責建設寧夏黃河流域生態保護和高質量發展先行區建設中部干旱帶-沙坡頭香山興仁片區生態修復及灌區（一期）供水工程。

1 前期準備工作

1.1 地勘和設計

工程位于中衛市沙坡頭區的香山鄉和興仁鎮。該工程的主要任務是進行農業灌溉，計劃設計的灌溉面積為23萬畝，并分為兩個階段進行實施。第一階段計劃實施的灌溉面積為14.8萬畝，而第二階段計劃達到8.2萬畝。雖然本次計劃首先完成一期建設內容，但灌區輸配水工程將一次性按兩期規模完成。該工程的主要內容包括紅圈調蓄水池、紅圈調蓄水池引水管線、灌區輸水管線和灌區配水管線，主要用于灌區的調蓄和輸配水。

在山區農田灌溉水管道施工中，地形勘測和水源評估是關鍵步驟。這一階段的準備工作對于確保施工順利進行和灌溉系統高效運行至關重要。現代測繪技術如GPS和激光測距儀可以用于地形測量，幫助確定施工區域的地勢、高程、坡度和自然水道。詳細了解山地地形，包括山脈、河流、溝壑和山谷等地理特征，有助于確定灌溉管道的走向并避免地形障礙。利用衛星圖像和數字高程模型（DEM）進行數據分析也可以獲得準確的地理信息。在水源評估方面，需要確定可用的水源，如山泉、河流或水庫，并對水源的穩定性和水質進行評估。計算所需的灌溉水量，考慮到農田的面積、作物類型和水需求[1]。分析水源與農田的相對位置，以確定輸水管道的最佳路徑。

管道設計和布局是確保灌溉水能夠有效輸送到農田的重要步驟。合理的設計和布局可以減少能源消耗、材料浪費和施工成本。在管道類型和材料選擇方面，需選擇適用于山區環境的管道材料，如高密度聚乙烯（HDPE）或鋼鐵，以確保耐用性和抗腐蝕性。同時，需要考慮管道的直徑和厚度，以滿足預定的水流量和壓力要求。在管道布局方面，優化布局以減少彎頭和轉彎的數量，以減小水流阻力和能源消耗。避免斜坡過大的情況，以確保水流不會受到阻礙或泄漏。考慮陡坡和平坡段之間的過渡，以減少管道的磨損和維護成本。此外，山區地形高差明顯，管道涉及面廣，可充分利用這一地理優勢，嚴格控制將水源、水庫建設在最高點，利用全程重力流通過輸水管道、配水管道送水。可直接省略水泵系統的二次提升建設費用，節約了施工成本，減少了后期運行的電能消耗，達到節能降耗的目的，更為高效合理的確保了沿線供水，夠順利提升到農田。使用智能控制技術來自動化灌溉過程，根據作物需水量和天氣情況進行調整[2]。

1.2 材料采購和質量控制

在山區農田灌溉水管道施工中，材料采購和質量控制是確保系統可靠性和長期穩定性的關鍵方面。材料采購方面，應選用適合山區條件的材料。這包括考慮山區的氣候條件，選擇能夠耐受低溫、高溫、紫外線輻射和潮濕環境的材料。針對山地地形，選擇具有較強抗彎和抗壓能力的材料，以減少管道在復雜地形中的破損風險。此外，關鍵部件如管道連接件和閥門也應選用高質量、耐用的材料，以確保系統的可靠性（如BCCP管道連接部位全部采用鋼制接頭連接）。在材料采購過程中，選擇可信賴的供應商，確保所采購的材料符合相關國家和地區的標準和規定。同時，考察供應商的歷史和聲譽，選擇有經驗且在山區環境下表現良好的供應商。

質量控制方面，需要制定詳細的質量計劃，明確質量標準和要求。質量計劃應包括材料檢測、管道連接的檢查、防腐蝕處理等內容。對所采購的材料委托專業檢測機構進行檢測和驗收，確保其符合規定的標準，并對材料的強度、密度、耐磨性等性能進行測試，以驗證其質量。在施工過程中，實施質量控制措施，監測施工過程中的關鍵參數，如管道連接的牢固性和密封性。定期進行工程檢查，確保施工按照設計要求進行，并及時糾正可能的問題（一般方法為設置專業質量員全程對關鍵部位進行監督指導）。此外，記錄所有與質量相關的信息，包括材料檢測報告、施工記錄和質量檢查記錄，并建立質量文檔檔案，以備將來的維護和管理。通過嚴格的材料采購和質量控制，可以減少系統故障的風險，確保山區農田灌溉水管道系統在復雜的山區環境中能夠長期穩定運行[3]。這有助于提高系統的可靠性和可持續性，確保農田的灌溉需求得到滿足。

2 施工技術和方法

2.1 施工組織與計劃

紅圈調蓄水池的總容積為205.09萬m3，引水管線全長4.7km，采用2排DN1000鋼管，配套建筑物總計33座。調蓄水池超越管線的全長為0.66km，配套建筑物總計4座。新建輸水管線的總長為23.3km，管徑范圍從DN1600到DN700，配套建筑物總計141座。此外，還新建了12.51km的管護道路。新建配水管線共有10條（其中包括3條支線），總長為38.95km，管徑范圍從DN400到DN800，配套建筑物總計341座。工程初設批復總投資為44273.13萬元。工期為20個月，主體開工日期為2022年4月20日，計劃在2023年10月30日之前完成。目前已經完成了引水、輸水和配水管道的敷設，并且完成了16個分部工程驗收和階段通水驗收，具備了通水條件。

在山區農田灌溉水管道工程中，施工組織與計劃起著關鍵作用。首先，需要制定合理的施工計劃，確定工程開始和結束日期，并考慮季節性因素。制定詳細的工程時間表，確保對工程進度有全面掌握。將工程分解為具體任務，并特別關注關鍵路徑任務，以避免延誤。合理分配人力、機械和材料資源，以滿足任務需求。通過有效的施工組織與計劃，能夠保證工程按時完成，并確保施工質量的達到要求。考慮山區情況，安排隊伍出行和住宿，保證連續施工。評估風險和障礙，制定應對措施，備有應急計劃。其次，安排人力和機械資源關鍵。招聘合格工人和技術人員，提供培訓和指導。安排合理班次，確保連續高效工作。選擇適當機械設備，定期檢查和維護，減少故障和停工可能性[4]。合理安排機械設備的使用時間，以最大程度地提高其利用率。

2.2 管道鋪設

山區農田灌溉水管道工程中，管道鋪設是核心環節。選用適當的鋪設方法至關重要，可根據地形和地貌條件選擇挖溝、橋梁或隧道等方式，確保管道安全穿越山區。地下鋪設常用且適合山區，需保證足夠深度以避免問題。管道連接和密封技術也關鍵，采用合適的連接方法（如承插接、焊接、螺紋或法蘭連接）確保牢固密封。使用有效的密封技術，如橡膠密封圈或密封膠，定期檢查和維護連接點和閥門，更換老化或損壞的密封件。合理選擇鋪設方法，并采用高質量的連接和密封技術，確保灌溉水管道系統的可靠性和穩定性，提高灌溉效率，促進農田生產的穩定與可持續發展。

2.3 管道測試和調試

山區農田灌溉水管道工程中，管道測試和調試是關鍵階段，確保管道系統的安全性和正常運行。首先進行壓力測試，逐漸增加水壓，確保管道能承受正常工作壓力且無破裂或泄漏。同時監測泄漏情況，立即修復以避免資源浪費和系統損壞。進行承受性測試，模擬特殊山區情況，確保系統穩定安全。完成壓力和泄漏測試后，進行系統調試，檢查閥門、水泵、控制系統和自動化設備運行情況。確保組件協調工作，水流暢通無堵塞。進行正常運行檢查，模擬實際操作，確保按需提供水源。定期檢查系統運行狀況，監測流速、水壓和水質等參數。如發現問題或故障，及時排除，包括更換零部件、調整控制系統或修復泄漏。全面實施管道測試和調試確保灌溉水管道系統安全可靠運行，滿足農田灌溉需求，并保障可持續性。

3 自動化與智能化應用

3.1 遠程監控與控制系統

遠程監控與控制系統在山區農田灌溉水管道工程中扮演著重要的角色，以實現對管道系統的實時監測和遠程控制，確保系統的高效運行和及時故障排除。為了實現遠程監控與控制，需要安裝傳感器和監控設備，這些傳感器可以監測關鍵參數，如水流速度、水壓、水位、溫度和水質等。這些傳感器分布在管道系統的關鍵位置，以確保全面監測管道系統的狀態。數據采集設備負責收集傳感器產生的數據，并將其傳輸到遠程監控中心或操作站。這些設備需要具備穩定的通信能力，以確保數據能夠及時傳送和處理。遠程監控中心是遠程監控與控制系統的核心，它能夠實時接收、處理和存儲傳感器數據，并提供操作員對管道系統的遠程訪問。監控中心通常配備監控屏幕、數據記錄儀和報警系統，以確保運營人員能夠隨時監測系統運行。操作員可以利用遠程控制功能遠程打開或關閉閥門、調整水泵的運行速度和方向，以滿足不同農田的灌溉需求。此外，遠程監控系統還能夠記錄歷史數據，生成報告和警報，以提醒操作員注意潛在的故障或異常情況。通過遠程監控與控制系統，管道系統的運行變得更加智能化和高效，有助于減少故障和資源浪費，提高管道系統的可靠性，確保農田得到及時而穩定的灌溉，促進農業生產的增長和可持續發展[5]。

3.2 智能維護與故障診斷

智能維護與故障診斷是山區農田灌溉水管道工程中不可或缺的環節，其目標是提高系統的可靠性和設備的使用壽命。為了實現智能維護，首先需制定定期的檢查和保養計劃，包括對水泵、閥門、管道和傳感器等關鍵部件的檢查和維護。這有助于及時發現潛在問題，如腐蝕、磨損或松動的部件，并采取必要的措施進行修復或更換。此外，通過預留檢修孔定期清潔管道系統、排除污物和沉積物，并建立備件庫存，以減少停工時間，也是預防性維護的重要組成部分。智能維護還包括故障診斷技術的應用，其中數據分析是關鍵。通過分析遠程監控系統收集的數據，可以識別系統性能的異常和趨勢，以確定潛在的故障點和預測設備的維護需求。此外，故障檢測設備可用于實時監測設備狀態，一旦檢測到異常，系統會發出警報，以便及時采取行動。智能診斷工具，如人工智能和機器學習技術，可以進一步提高故障診斷的準確性，識別故障模式，并提供預測性維護建議，以降低停工時間和維修成本。通過智能維護和故障診斷的全面實施，管道系統的可靠性和穩定性得以提高，設備的使用壽命延長。這有助于減少故障風險，確保管道系統能夠穩定供水，滿足農田的灌溉需求，從而促進農業生產的可持續性和效率提升。

4 注重環境保護與社會影響

環境保護與社會影響在山區農田灌溉水管道工程中至關重要，旨在減少工程對自然環境和社區的不利影響，并建立共贏機制，使當地社區從工程中受益。首先，施工過程中的環境保護措施至關重要。這包括對生態敏感區域的保護，如自然保護區和水源地，以避免對其生態系統造成損害。水資源管理也是一項重要工作，要確保水資源的合理使用和節約，并制定水資源管理計劃，監測水質和水量，采取必要的水質保護措施。廢物處理和排放控制是另一個關鍵環節，需要確保施工過程中產生的廢物得到妥善處理，同時控制廢氣和廢水的排放，遵守相關的環境法規和標準。其次，社區參與和共贏機制的建立對于工程的成功也至關重要。積極與當地社區進行溝通和咨詢，聽取他們的意見和建議，并建立社區參與機制，確保社區居民能夠參與工程決策和監督過程。制定社區受益計劃，明確工程對社區的潛在益處，并在工程實施過程中積極履行社區受益計劃，以確保社區能夠分享工程成果。建立緊急響應機制，用于處理可能出現的社會和環境問題，維護社會穩定，也是必不可少的[6-8]。通過這些措施，工程可以在減少不利影響的同時，與當地社區建立良好的合作關系，實現共贏的目標。

5 結束語

綜上所述，山區農田灌溉水管道工程的成功需要綜合考慮多個因素，從地勘和設計到施工組織，再到管道鋪設和智能維護，每個環節都至關重要。通過采取合適的方法和策略，可以提高施工效率，降低風險，確保工程的可持續發展，為山區農田提供穩定可靠的灌溉水源，促進農業生產的繁榮和可持續發展。