吴文勇  郝仲勇  刘洪禄  郑文刚  齐志明  师彦武

    0 引言
    截止2003年，我高速公路里程已达3万km，绿化隔离带是高速公路中重要的基础设施。目前，绿化隔离带的安全灌溉问题一直没有得到很好的解决，一直沿用人工水车灌溉的办法，存在极大的安全隐患，绿化隔离带单位长度年运行费为3.57万元/（a.km），是其他类型绿地灌溉成本10倍以上。利用滴灌系统可以大幅度减少灌溉成本，减少水车灌溉带来的交通风险和对行车的影响。高速公路绿化隔离带通常为梯形土糟，上口宽度2m左右，深度0.6m左右，下面有通讯管道系统与路基相连。由于特殊的地理位置，中央隔离带节水灌溉系统相比存在施工空间小、施工难度大、日常维护困难等问题。因此，系统优化设计、材料选择、部件安装与施工工艺上`采取非常规方法，尽量减少绿化养护对灌水器或管道产生的破坏。
   
    1 材料与方法
    北京市水利局科学研究所在北京市五环京开立交桥（k12+150m---k14+200m）建设2.05km中央绿化隔离带节水灌溉系统试验阶段，开展相关研究。灌溉系统由首部系统、输配水系统、灌水器等部分组成。灌溉系统长2.05km，东西走向，首部在系统东侧。干管、支管、毛管采用PE管。隔离带两侧矮小灌木采用φ20mm内镶式滴灌管，流量为1.6L/H，间距0.33mm；隔离带中间为不连续桧柏组，采用XB-10PC1032管上式滴头，流量为3.785L/H。

    2 输配水管道连接工艺研究
    2.1 干、支管连接形式
    PE管一般应采用电熔焊接，系统干、支管应采用同材质PE管，均采用热熔焊接工艺。北京五环路就开桥2KM(K12+150M—K14+200M)滴灌系统试验段共有焊点400个，经过10个月的运行，未出现断裂与漏水现象，焊接可靠性为100%，焊口抗拉强度是管道强度的3倍，不易破坏。同时焊接方式施工方便，管道设计不受地形限制，连接件可以根据地形变化制作，因此，这种连接方式对于高速公路灌溉系统而言，是一种简便可靠的连接方式。
    2.2 支、毛管连接形式
    试验段支管为直径32mm的PE管，毛管为25mmPE管与φ20滴灌管，支，毛管采取鞍座连接与倒齿接头2种连接方式，共有支，毛管连接点65处，考察不同连接形式的耐久性。10个月的运行测试表明，2种连接形式均未出现破裂或脱落，可靠性均为100%.但是鞍座连接方式密封性能一般，易出现滴水或漏水现象，并且施工工艺复杂，鞍座容易变形，不易维护；倒齿接头的密封性较好，且施工工艺简单方便。同时，由于滴灌管臂薄，采用PE鞍座与直通车连接时，管臂容易变形与漏水，倒齿接头与倒齿直通连接应成为支管、毛管间推荐的连接形式。

    3 毛管铺设与滴头安装工艺研究
    3.1  不同毛管铺设形式对滴头耐久性的影响
通过10个月对灌溉系统运行测试发现，毛管不同铺设形式对滴头的耐久性有显著影响。地上铺设的滴头破坏率8%，地下埋深铺设毛管的滴头破坏率仅为0.4%，前者是后者的20倍，毛管浅埋方式可以降低绿化养护过程中人员行走与养护对滴头的直接破坏，是延长滴头耐久性的重要措施。
    3.2 滴头不同安装方式对耐久性的影响
对所破坏的滴头进一步研究发现，滴头在毛管上的不同安装方式对于滴头寿命有明显的影响。按照垂向安装与侧向安装2种类型来统计，在所破坏的滴头中，95%为垂向安装的滴头， 5%为侧向安装的滴头，破坏痕迹主要是脚踩坏与养护工具铲坏。因此，侧向安装滴头是保证滴头耐久性的重要措施。滴头破坏时，由于管内压力较大，若无阻挡，水流可以横向射出4--6米，直接影响行车安全。滴头应安装在桧柏组的内侧，以保证一旦发生滴头损坏，植株对水流起到明显的阻流作用，防止漏水对行车的影响。滴头侧向向内侧安装是推荐的安装方式，并且滴头应在桧柏组宽度范围内。

    4 水源进入隔离带的主要形式
灌溉水源进入中央绿化隔离带是一项重要的建设内容，现有高速公路均没有预设灌溉水源通道，因此，水源进入方式应当因地制宜，可以从地下与空中2种途径进入。对于新建公路，要在公路建设期间，预埋套管作为水源管进入的通道，或者利用交叉建筑物支撑水源管道进入。对于已建应当通过交叉建筑物引入水源，在交叉建筑物较少的地段可以采用空中桁相结构进入水源，要严格避免破路铺管。

    5 中央隔离带节水灌溉系统投资分析
    以试验段建设成本为计算依据，采用双向供水方式，长度4.1KM的中央隔离带节水灌溉系统为一个典型设计单元。滴灌系统投资由直接费与间接费用组成，直接费包括首部，输配水系统，灌水器，远程监测与控制系统建设的材料费、人工费等，间接费包括设计费、企业管理费、利润、税金等。
    首部系统包括离心式过滤器、叠片过滤器、变频器等；输配水系统包括干管、分干与支管等，灌水器包括滴灌带与滴头；控制系统包括传感器，远程数据采集与控制器、计算机、手机模块、打印机等，工程预算不包括水源工程费。
    系统总投资63.11万元，输配水系统占总投资的45%，主要是由于选择了PE管材，其具有质量轻、强度高、抗冻防撞等特点，所以材料费相对较高。另外，灌水器费用占12%，远程监控系数占9%，首部系统占5%，其他费用占29%，单位长度投资为15.4万元/km。目前我国高速公路建设投资为0.7—0.9亿元/km，灌溉系统占总投资的0.17%--0.22%。

    6 滴灌促进植株生长
    滴灌与水车大水漫灌相比，能够提供较好的水、气、热环境，促进植株的生长，由于水车大水漫灌容易破坏土壤结构，造成土壤板结，土壤入渗速率降低，水份利用率较低。对红叶小檗滴灌区与对照区（漫灌）2组样品的检验表明：滴灌区样本平均高度为77.4cm,对照区为73.0cm ,比对照区高出6%；对金叶女贞滴灌区与对照区（漫灌）的2组样品的检验表明：滴灌区样本平均高度为79.9cm，对照区为72.5cm，比对照区高出10%。

    7 效益分析
    本项目的净效益根据“有项目”与“无项目”对比的原则来确定，无项目是按照现有水车灌溉的方式，效益分为节水效益，灌溉运行费节约效益、占道时间节约效益。
    7.1 节水效益
节水效益主要指减少地下水井采节省的水资源与开采成本。采用滴灌系统，按照平水年年灌水25次，灌水定额为32立方米/km计算，灌溉定额为800立方米/（a.km）采用水车灌水按照年灌水15次，灌水定额为166立方米/km计算，灌溉定额2490立方米/（a.km）。节水1690立方米/（a.km），年节水经济效益为1690元/km.
    7.2 灌溉运行费节约效益
运行费主要指灌溉中央隔离带所发生的人工费、台班费等。目前，每公里每次水车灌溉需要台班费与交通管制费工作共计为0.18万元，水费为166元/次，年灌溉15次，年运行费2.7万元/km,滴灌系统灌溉成本为通讯费用和季度维护费。通讯费为1次30元，水费1次32元，按照年灌水25次计算，共计0.155万元/(a.km);每季度4次，每次400元，年维护费为0.16万元，共计年运行费0.315万元/km。采用滴灌系统节省运行费2.385万元/km。
    7.3 占道时间节约效益
高速公路绿化隔离带灌溉系统一般在白天道路通行高峰期进行，利用水车灌溉严重影响道路通行能力。按照目前高速公路绿化隔离带滴水15次，每次灌水2个台班计算，每公里年占道时间为240h,相当于每年1/36的时间道路不能发挥正常运输效益，带来较大的经济损失。
五环设计时速为100km,按照水车灌溉占道影响行车时速20%计算，五环路通行能力为0.25万辆/h，以每辆车乘客3人，每小时人均收入为2.65元计算。
    综上所述，采取滴灌系统灌溉高速公路绿化隔离带，节水1690立方米/(a.km)，节水效益、节省运行费、节约旅客时间效益总计3.75万元/(a.km).按照折旧期10年计算，灌溉系统年折旧费为1.54万元，高速公路滴灌系统年度净收益为2.21万元/(a.km)。按照静态投资回收年限收益分析，投资回收期4.1年。
按照2010年全国高速公路里程3.6万Km中的30%里程建设滴灌系统来计算，全国年度经济效益为2.4亿元。

    8 结束语
    （1）高速公路绿化隔离带灌溉系统单位长度投资为15.4万元/km，是目前我国高速公路建设投资的0.5%--0.8%，其中，输配水系统占总投资的45%，是费用的主要构成。
    （2）滴灌与水车大水漫灌相比，能够提供较好的水、肥、气、热环境，促进作物的生长。红叶小檗滴灌区与对照区（漫灌）相比，植株高度提高6%；金叶女贞滴灌区与对照区（漫灌）相比，植株高度提高10%，叶面积也有明显提高。
    （3）采取滴灌系统灌溉高速公路绿化隔离带，年节水1690立方米；高速公路滴灌系统年度净收益为2.21万元（a.km）；投资回收期为4.1年；2010年全国高速公路按照30%里程建设的经济效益将达2.4亿元/a。
    （4）毛管浅埋方式与侧向安装滴头是延长滴头耐久性的重要措施，人员行走与养护是滴头破坏的直接原因。