小型农田水利工程灌溉渠道造价对比分析

卢 瑶，尹晓媛，刘甲明，刘珊珊，陈运春

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650051； 2.云南农业大学国土资源科学技术工程研究中心，云南 昆明 650051)

小型农田水利工程灌溉渠道造价对比分析

卢 瑶1，2，尹晓媛1，2，刘甲明1，2，刘珊珊1，2，陈运春1，2

(1.云南农业大学水利学院，云南 昆明 650051； 2.云南农业大学国土资源科学技术工程研究中心，云南 昆明 650051)

以引水农渠为研究对象，采用经验公式和对比分析法，探讨渠道在不同断面结构形式和不同材料情况下单位工程造价的变化情况，进一步分析不同渠道的工程特点和存在差异的原因。结果表明：渠道所采用的材料、断面结构和施工工艺是造成造价差异大的主要因素。

渠道断面设计；农渠；小型农田水利工程；造价对比分析

农田水利工程是农业生产和经营活动的物质载体，是农业可持续发展的关键，制约着农村经济的发展[1]。自2010年以来，国家对小型农田水利工程的建设给予了极大的关注，明确提出了要因地制宜兴建中小型水利设施，尤其是“五小水利”工程[2]。

近年来，在国家政策的支持下，我国小型农田水利设施建设取得了一定的成就[3]。据统计，我国80%以上的灌溉面积依靠渠道输水灌溉，渠道作为我国主要的输水系统，在我国农业发展中具有不可替代的作用。但在工程实践中，渠道设计没有充分考虑断面的优化设计，渠道壁厚的确定随意性大，材料的选用没有进行合理的经济对比分析，必然会造成资金的浪费。随着国家及地方对小型农田水利工程投资力度的不断加大，如何有效控制投资，最大限度地减少资金浪费成为亟待解决的问题。

笔者以农渠为研究对象，在相同设计参数下，从造价分析的角度对不同材料和不同断面形式的单位工程造价进行对比分析，寻求各种渠道的适用条件，以减少资金的浪费，为设计人员、项目施工管理和待实施的项目提供参考。

1 渠道断面的设计

1.1 基本参数的选取

选用实际工程中农渠常用的3种断面形式(矩形、梯形以及U形)进行研究。考虑在相同流量下，控制面积为10 hm2，采用两级渠道灌溉，田间水利用系数0.95，渠道水利用系数0.90，水田净灌水率为17.7 m3/s·万hm2，渠底比降为1/2 000，梯形渠道边坡系数为0.3，按1∶0.5开挖，分别对浆砌石、现浇混凝土和预制混凝土农渠进行水力最优断面的设计。

1.2 水力最优断面的计算

农渠位于灌溉渠系的末级，将来水直接输送到田间。因此，水力最优断面设计要求渠道必须有足够的输水能力，满足田间作物对水分的需求；必须有适宜的流速，快而不冲刷渠槽，慢则不会使泥沙淤积；必须有合适的边坡，使得渠槽不坍塌、不滑坡、不发生冻胀破坏[4]。基于以上基本要求，在设定的条件即渠底比降i、糙率n、设计流量Q一定的情况下对矩形、梯形以及U形断面进行水力最优断面的计算。

a. 计算设计水深和底宽

矩形和梯形按照明渠均匀流公式(1)和(2)进行计算：

(1)

bd=α0hd

(2)

式中：hd为渠道设计水深，m；bd为渠道的设计底宽，m；α0为梯形渠道断面的最优宽深比；m为渠道的边坡系数。

U形断面最接近水力最优断面，各部分间的尺寸关系复杂，需要借助经验关系以及明渠均匀流公式进行计算，如式(3)和式(4)[5]：

(3)

(4)

式中：r为圆弧的半径，m；α为直线段的倾斜角；Nα为直线段外倾角为α时的系数。

b. 校核流速

渠道的断面平均流速应满足V不淤

(5)

式中：A为渠道过水断面面积，m2；V为渠道平均流速，m/s。

1.3 安全超高的计算

1.4 水力最优断面的确定

结合以上断面计算公式，在相同流量、相同坡降下分别对浆砌石、现浇混凝土和预制混凝土渠道进行水力最优断面的设计，具体设计结果见表1。

表1 渠道断面设计参数

基于以上计算数据以及《灌溉与排水工程设计规范》[7]，考虑到实际工程状况，选取浆砌石、现浇混凝土、预制混凝土渠道的壁厚分别为25 cm、10 cm、6 cm。以现浇混凝土为例分别绘制渠道断面形式为矩形、梯形、U形时的剖面图，如图1～3所示(单位：mm)。

图1 矩形断面

图2 梯形断面

图3 U形断面

2 单位造价对比分析

大量的实践资料研究表明,材料费用在工程项目建设总造价中所占比例高达50%～60%。因此，在对项目相关材料采购时，选择价格合理的材料至关重要。同时，不同断面形式对工程量有非常大的影响，进而影响工程造价。因此，结合实际工程，笔者选择农渠的不同材料、不同断面形式作为“变量”，组合形成了9种不同的渠道，其中浆砌石U形渠道在实际工程中无法采用，进行剔除。在主要材料价格：水泥为0.5元/kg、砂为90元/m3、块石为80元/m3、碎石为85元/m3的基础上计算其余8种渠道的每延米工程造价，并进行对比分析。

2.1 相同材料不同断面形式下造价对比分析

在浆砌石、现浇混凝土和预制混凝土3种材料下，分别计算农渠同一材料对应不同断面形式(矩形、梯形、U形)时每延米分项工程量以及单位工程造价，见表2～4。

从表2～4可以看出：在浆砌石、现浇混凝土、预制混凝土3种农渠中矩形断面造价最高，梯形和U形的造价变化则存在差异，现浇混凝土农渠中，梯形的造价高于U形，而在预制混凝土农渠中则相反。在同一材料不同断面形式下渠道造价的变化幅度很小，处于1%～7%之间；不同断面形式下农渠的分项工程不同，即U形渠道需要进行压顶；相同材料下同种分项工程的单价相同、工程量不同。

表2 浆砌石农渠单位工程造价

表3 现浇混凝土农渠单位工程造价

表4 预制混凝土农渠单位工程造价

同一材料不同断面形式下，除压顶外，其余分项工程的单价相同、工程量不同，故每延米工程造价的差异主要是因为工程量的不同。3种农渠中，矩形断面除回填工程量较U形断面低外，其余工程量均不同程度高于梯形和U形断面，但由于回填工程单价较低对工程造价影响不大，所以矩形断面渠道的造价居高。现浇混凝土、预制混凝土农渠中造成梯形和U形断面工程造价变化不同的主要原因是现浇混凝土中梯形断面模板工程量较大且模板单价高。因此，在相同材料不同断面形式下，形成每延米工程造价差异的主要原因是断面形式不同所造成的工程量的变化。

2.2 不同材料相同断面形式下造价对比分析

分别绘制矩形、梯形、U形农渠在不同材料(浆砌石、现浇混凝土以及预制混凝土)下，各分项工程所对应单价的柱状图以及每延米工程造价的散点图，见图4～6。

图4 矩形农渠分项工程单价与单位工程造价

图5 梯形农渠分项工程单价与单位工程造价

图6 U形农渠分项工程单价与单位工程造价

从图4～6中可以看出，在矩形、梯形以及U形断面形式下，现浇混凝土农渠每延米工程造价最高，其次是浆砌石和预制混凝土农渠。且以现浇混凝土为参照，预制混凝土的变化幅度较大，约为65%，浆砌石变化幅度较小，约为13%；由图4～6中各单项工程的单价柱状图可以看出，相同断面形式下，除渠身工程外，其余单项工程单价相同；结合表2～4可以得出，采用不同材料时，渠道的单项工程存在差异，即现浇混凝土农渠需要进行模板施工，其余单项工程的工程量随材料的变化而变化。

预制混凝土农渠的渠身工程单价最高，其次是现浇混凝土农渠和浆砌石农渠。但每延米工程造价的变化却不同，这主要是由工程量的变化决定的。其中，现浇混凝土农渠造价最高，这是因为与其他材料的渠道相比多了模板工程，其价格大约是总造价的一半；浆砌石农渠造价略低于现浇混凝土农渠，而预制混凝土农渠的造价却远远低于浆砌石和现浇混凝土农渠，这主要是因为渠道壁厚的不同使工程量存在较大的差异。因此，在相同断面形式不同材料的情况下，每延米工程造价的变化原因主要包括施工工艺的不同、壁厚差异所引起的工程量的不同、渠身工程单价的不同等3个方面，而这归根结底是由于材料的不同所造成的。

3 不同渠道特点分析

3.1 不同断面形式下渠道的特点

不同断面形式下的渠道，工程量差异明显，在很大程度上影响着渠道的造价以及占地面积。研究表明，在明渠的各种断面形式中半圆形断面是水力最佳的。因此，U形渠道作为接近水力最佳断面的形式，具有整体性好、水力条件好、省工省料等的优点，受到了普遍欢迎；梯形虽然是占地面积最大的断面形式，但因其施工方便、边坡稳定，在实际工程中较为常见；矩形作为特殊的梯形，施工更加方便。不同断面形式下渠道的特点如表5所示。

表5 不同断面形式下的渠道特点

3.2 不同材料情况下渠道的特点

在实际工程中，采用不同材料时渠道有着各自的特点，即有着常用的断面形式以及使用范围。当材料为浆砌石时，渠道的断面形式一般为梯形和矩形，这种材料常用于石料来源丰富、有抗冻、抗冲性、耐磨要求的各级渠道；当材料为现浇混凝土时，施工工艺多、造价相对较高，渠道的断面形式一般为梯形、矩形和U形3种，但这种材料的渠道防渗效果、抗冲性和耐久性都很好，适用范围很广，可以用于各类地区；当材料为预制混凝土时，造价相对较低，渠道的断面形式一般为U形和矩形，这种材料的渠道常用于运输方便的地区。不同材料情况下渠道的适用范围如表6所示。

表6 不同材料情况下渠道的适用范围

4 结论与建议

通过计算农渠在Q、i、n已知情况下的水力最优断面，并对所求渠道在不同断面形式以及不同材料情况下的造价、特点、适用范围进行对比分析，得到如下结论。

a. 相同材料情况下不同断面形式所造成的工程量的差异，以及相同断面形式下采用不同材料所造成的施工工艺的不同、工程量的变化以及渠身工程单价的差异是形成总造价差异的主要原因，两者相比，材料对造价的影响更大。

b. 断面形式不同使渠道的稳定状况、占地面积、施工难易等不同，其中U形渠道的水力条件较好、占地面积较少、施工较易。

c. 现浇混凝土渠道的适用范围最广，预制混凝土渠道对交通运输条件要求严格，浆砌石渠道大体适用于石料来源丰富的地区。

总的来说，渠道所选材料以及断面形式的差异使得工程造价、稳定性以及施工难易程度等不同。因此，在实际工程中要结合材料和断面形式，秉持因地制宜的原则选择适合的渠道。当资金有限而对占地面积没有限制时，可以选用浆砌石矩形渠道；当所用地区的地形比较开阔而且用水量又比较大时，可以选用现浇混凝土或浆砌石的梯形渠道；当所用地区的土地资源稀缺且施工工艺过硬时，可以选用预制混凝土U形渠道。

[1] 吕俊. 小型农田水利设施供给机制:基于政府层级差异[J]. 改革,2012(3):59-65.

[2] 胡志强. 小型农田水利工程建设影响因素的系统分析[D].长沙:中南大学,2012.

[3] 张亦工,胡振虎. 中国小型农田水利设施建设现状、原因与对策[J]. 山东财政学院学报,2011(6):105-110,118.

[4] 黄谋松. 灌溉渠道的断面设计研究[J]. 低碳世界,2014(3):102-103.

[5] 吴宁. U型断面渠道水力计算的方法步骤[J]. 科技信息,2010(17):506.

[6] 郭元裕. 农田水利学[M]. 北京：中国水利水电出版社,1997.

[7] 国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部.灌溉与排水工程设计规范：GB50288—99[S].北京：中国计划出版社，1999.

国土资源公益性行业科研专项经费项目(201511003)

卢瑶(1991—)，女，硕士研究生，主要从事农业水土工程造价研究。Email:546887598@qq.com

陈运春(1976—)，女，副教授，硕士，主要从事国土规划、造价管理研究。Email:ynkmcyc2006@163.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2017.04.005

F407.9

A

1003-9511(2017)04-0024-04

2017-03-26 编辑：方宇彤)