三原縣灌區(qū)節(jié)水改造方案探析

強(qiáng)小絨

（三原縣水利管理總站，陜西咸陽713800）

三原縣灌區(qū)節(jié)水改造方案探析

強(qiáng)小絨

（三原縣水利管理總站，陜西咸陽713800）

三原縣是陜西省糧食蔬菜重要生產(chǎn)基地，隨著農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉用水需求量越來越大。為促進(jìn)地區(qū)水資源合理利用、節(jié)約灌溉成本，利用水資源平衡法對區(qū)內(nèi)水資源供需情況進(jìn)行分析，灌區(qū)可供水總量3063.86萬m3，缺水335.05萬m3，屬于工程性缺水。根據(jù)灌溉需水量，提出灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目即通過防滲襯砌各級渠道，配套田間工程的方式，促進(jìn)灌區(qū)節(jié)水，經(jīng)分析，項(xiàng)目建成后年可增引水量71.89萬m3，在設(shè)計(jì)水平年(2015年)可節(jié)約水量101.91萬m3，滿足灌區(qū)農(nóng)作物用水需求，效益顯著。

三原；灌區(qū)；水資源；平衡；節(jié)水；方案

1 概況

三原縣總面積576.9 km2，其中耕地面積53.7萬hm，人口42萬人。多年平均降水量548.5 mm，多年平均蒸發(fā)量1003.1 mm。區(qū)內(nèi)灌區(qū)主要為涇惠渠灌區(qū)的東干三支渠、北干七支渠。其中東干三支渠灌溉面積2000 hm2，北干七支渠灌溉面積3160 hm2，共計(jì)灌溉面積5160 hm2。目前，干、支渠襯砌率為67.4%，灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)長期徘徊在0.51左右，水資源浪費(fèi)尤為嚴(yán)重。為了提高水資源利用效益，需對灌區(qū)用水和區(qū)域水資源平衡進(jìn)行分析。

2 灌區(qū)用水存在問題

經(jīng)過三十多年的運(yùn)行，三原縣灌區(qū)在灌溉用水中存在的問題主要有：

（1）夏灌水源不足,高含沙影響較大。三原縣的灌區(qū)均從涇河引水，因?yàn)闆芎雍沉看?，在夏季伏旱時(shí)，水源較緊張。加之含沙量大，增加了灌溉困難和輸水運(yùn)行時(shí)間。

（2）灌溉渠道襯砌率低,輸水損失大,水資源利用率低。其中東干三支渠0+000～3+298段年久失修，各種裂縫隨處可見，渠道滲漏嚴(yán)重。特別是陰坡砼板，因凍脹作用，已斷裂拱起滑落、破損不堪，根本起不到防滲固堤的作用，且加大了渠道糙率，減小了過流能力。北干七支渠襯砌板多處坍塌、攔腰折斷，損壞嚴(yán)重，各種裂縫隨處可見，渠道滲漏嚴(yán)重。

（3）灌區(qū)工程設(shè)施配套不完善，管理設(shè)施落后。三支渠系量水堰因多次修補(bǔ)量水誤差很大，造成水管單位水量、經(jīng)濟(jì)損失。北干七支渠10+900～12+430、13+930～18+000段目前仍為土渠，工程標(biāo)準(zhǔn)低，淤積、滲漏嚴(yán)重，最大過流能力不足設(shè)計(jì)流量的70%，工程效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能充分發(fā)揮。

（4）工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,設(shè)施老化失修,損壞嚴(yán)重。節(jié)制閘閘墩砌體松動(dòng)，閘板扭曲變形，無啟閉機(jī)，操作不靈活。斗門啟閉失靈、漏水嚴(yán)重，影響灌溉引水。

3 灌區(qū)水資源平衡分析

3.1 現(xiàn)狀年（2016年）供水量計(jì)算

現(xiàn)狀基準(zhǔn)年因渠道工程老化損壞、淤積等問題，渠道輸水能力僅為設(shè)計(jì)能力的70%，故用水高峰期供水量（7-8月份）按70%計(jì)算。經(jīng)分析計(jì)算，現(xiàn)狀年可供水總量3063.86萬m3。

3.2 現(xiàn)狀年項(xiàng)目區(qū)需水量計(jì)算

依據(jù)現(xiàn)狀年農(nóng)灌面積和灌溉定額計(jì)算灌溉需水量?，F(xiàn)狀年灌溉定額412 m3/hm，則項(xiàng)目區(qū)農(nóng)灌需水量為412× 7.74=3188.88萬m3。項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀水平年及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)生產(chǎn)總值16764萬元，依據(jù)項(xiàng)目區(qū)工業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)萬元產(chǎn)值需水80 m3的標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)需水量134.11萬m3。現(xiàn)狀年2016年項(xiàng)目區(qū)總?cè)丝?.16萬人，現(xiàn)狀年項(xiàng)目區(qū)生活用水綜合定額為50L/人·天，項(xiàng)目區(qū)年生活用水量為75.92萬m3。2016年總需水量：3188.88+134.11+75.92＝3398.91（萬m3）。供需平衡結(jié)果表明:現(xiàn)狀水平年75%灌溉設(shè)計(jì)保證率下,項(xiàng)目區(qū)總需水量3398.91萬m3，其中農(nóng)灌需水量3188.88萬m3，工業(yè)及城鄉(xiāng)生活需水量210.03萬m3?？晒┧偭?063.86萬m3，缺水335.05萬m3，屬于工程性缺水,因渠道引水能力達(dá)不到設(shè)計(jì)能力,在灌溉高峰期不能滿足灌溉需要而缺水。

3.3 近期設(shè)計(jì)水平年（2018年）供需水量平衡分析

地表水為灌區(qū)分配給本級渠道引水口水量。渠道改造后的地表可供水量為現(xiàn)狀年地表水供水量與渠道引水能力恢復(fù)到設(shè)計(jì)能力的增引水量（項(xiàng)目區(qū)渠道增引水量見表1），增引供水期為夏灌用水高峰期（7-8月份）。地下水根據(jù)項(xiàng)目區(qū)地下水動(dòng)態(tài)預(yù)測估算。經(jīng)分析計(jì)算可供水總量3105.67萬m3，其中地表水供水2925.72萬m3，地下水供水179.95萬m3。

表1 項(xiàng)目區(qū)渠道增引水量表

近期設(shè)計(jì)水平年（2018年）75%灌溉設(shè)計(jì)保證率下，項(xiàng)目區(qū)總需水量3105.67萬m3，其中農(nóng)灌需水量2925.72萬m3、工業(yè)及城鄉(xiāng)生活需水量179.95萬m3。項(xiàng)目區(qū)可供水總量3105.67萬m3，其中地表水供水2925.72萬m3，地下水供水179.95萬m3。水資源平衡。項(xiàng)目區(qū)水資源供需平衡詳見表2。

由以上分析可知：該項(xiàng)目區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目全面建設(shè)完成后，渠道引水能力恢復(fù)到設(shè)計(jì)能力，項(xiàng)目區(qū)年可增引水量71.89萬m3，再通過配套田間工程，采用先進(jìn)的灌水方式，提高灌溉水利用系數(shù)，減少農(nóng)灌需水量，經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目區(qū)在設(shè)計(jì)水平年(2015年)可節(jié)約水量101.91萬m3。一方面節(jié)約的水量可以增加灌溉畝次，提高灌溉保證率；另一方面節(jié)約水量對抽水灌區(qū)來講可以少抽引水，節(jié)約能源。

表2 項(xiàng)目區(qū)水資源供需平衡分析表

4 節(jié)水方案

4.1 灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水方案思路

三原縣灌區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水思路應(yīng)依據(jù)灌區(qū)各設(shè)計(jì)水平年的灌溉需水量，實(shí)施灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)。即通過防滲襯砌各級渠道，配套田間工程，在灌區(qū)全面推廣小畦灌、溝灌、管道灌及波涌灌等先進(jìn)的灌水方式和耕作模式，提高灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)。經(jīng)現(xiàn)場勘察調(diào)研，認(rèn)為各渠段原渠線平面布置合理，不需要進(jìn)行改線，工程平面布置維持原狀不變。

4.2 渠道設(shè)計(jì)流量的確定

根據(jù)東干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～18+000段輸水灌溉面積，對原設(shè)計(jì)流量進(jìn)行復(fù)核，經(jīng)復(fù)核，原設(shè)計(jì)流量合理，故本次改造仍維持原設(shè)計(jì)流量不變。

4.3 工程設(shè)計(jì)

（1）渠道斷面設(shè)計(jì)。渠道縱斷面設(shè)計(jì)：原渠道設(shè)計(jì)比降：東干三支渠0+000～3+298段比降為1/2000，北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～18+000段比降為1/2000。經(jīng)現(xiàn)場勘測和調(diào)查分析，原設(shè)計(jì)比降合理，故維持原渠道設(shè)計(jì)比降不變。

渠道橫斷面設(shè)計(jì)：東干三支渠0+000～3+298段，設(shè)計(jì)流量1.05 m3/s，北干七支渠15+927～18+000段，設(shè)計(jì)流量0.72 m3/s。依據(jù)《灌溉排水渠系設(shè)計(jì)規(guī)范》和《陜西省大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實(shí)施方案設(shè)計(jì)大綱》，這兩個(gè)渠段橫斷面均采用挾沙能力強(qiáng)、水流條件好的弧底梯形斷面和“U”型斷面。該兩渠現(xiàn)狀為“U”型斷面，渠道占地狹小，若采用弧底梯形斷面則需重新征地，且土方工程量大，施工工期長，因此該渠道仍采用“U”型斷面，圓心角為152°。

表3 渠道改造段改造后水力要素

北干七支渠5+893～9+150段，設(shè)計(jì)流量為1.57 m3/s。北干七支渠10+000～12+430、13+930～15+927段，設(shè)計(jì)流量為1.01 m3/s。依據(jù)《灌溉排水渠系設(shè)計(jì)規(guī)范》和《陜西省大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實(shí)施方案設(shè)計(jì)大綱》，這三段渠橫斷面均采用弧底梯形斷面和“U”型斷面。該三部分渠段現(xiàn)狀為梯形斷面，若改為“U”型斷面土方工程量大，施工工期長；而采用弧底梯形與現(xiàn)狀斷面易于結(jié)合，土方工程量少，施工期短，因此這些段渠道仍采用弧底梯形斷面，內(nèi)坡比1∶1。

（2）渠道水力計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)、加大、最小流量，比降和內(nèi)邊坡按下式進(jìn)行水力計(jì)算：

式中：A為過水?dāng)嗝婷娣e，m2；C為謝才系數(shù)，m1/2/s,C=1/n×R1/6；R為水力半徑，m，R=A/X；X為濕周，m；i為渠道比降。

經(jīng)過水力計(jì)算，各渠段的水力要素表3所示：

（3）不淤流速校核。夏灌期間，涇河來水含沙量大，易造成渠道淤積，故須進(jìn)行不淤流速校核。本次設(shè)計(jì)以灌區(qū)渠首抽水含沙量10%（106.7 kg/m3）做不淤流速校核，不淤流速采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：C為系數(shù)，由泥沙組成確定，取0.64；R為渠道水力半徑，取減小流量時(shí)相應(yīng)水力半徑。

計(jì)算得東干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～15+927、15+927～18+000段不淤流速分別為0.380 m/s、0.361 m/s、0.361 m/s、0.358 m/s。設(shè)計(jì)渠道各斷面各種流量情況下的流速均大于不淤流速計(jì)算值。因此，設(shè)計(jì)的縱橫斷面滿足不淤要求。

（4）襯砌結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)。北干七支渠5+893～9+150、 10+000～12+430、13+930～15+927段采用弧底梯形斷面板膜復(fù)合結(jié)構(gòu)，弧形底采用80 mm厚砼現(xiàn)澆，梯形邊坡采用60 mm厚砼預(yù)制板，邊坡板上加50 mm厚預(yù)制水平砼封頂板，全斷面鋪設(shè)聚乙烯復(fù)合土工膜，膜厚0.20 mm,布重100 g/m2,土工膜與砼邊坡板間設(shè)20 mm厚M5.0水泥砂漿過渡層。東干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠15+927～18+000段“U”型全斷面采用80 mm厚砼現(xiàn)澆。

砼襯砌渠段砼設(shè)計(jì)標(biāo)號為：現(xiàn)澆砼強(qiáng)度C15，預(yù)制C20，抗凍F50，抗?jié)BW4。每4 m設(shè)一道橫向伸縮縫，伸縮縫下部用聚氯乙烯膠泥填充，上部用水泥砂漿填滿。襯砌板下30 cm范圍內(nèi)的渠床土采用換填夯實(shí)的方法進(jìn)行處理，要求壓實(shí)系數(shù)不低于0.95，以減少土壤含水率，降低凍脹作用。

（5）渠系建筑物設(shè)計(jì)。斗門：水工部分采用C20現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)，進(jìn)、出水側(cè)均為扭面連接，涵洞為矩形砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)尺寸維持原尺寸不變。閘門采用工廠定型的鑄鐵閘門。

量水堰：采用巴歇爾量水堰，C20砼現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)尺寸根據(jù)過水流量按巴歇爾量水堰設(shè)計(jì)手冊和水工計(jì)算確定。根據(jù)巴歇爾量水堰的適用條件，在量水堰上下游各設(shè)80 m梯形平直段。

節(jié)制閘：閘墩及底板采用C20砼現(xiàn)澆，閘臺(tái)板及人行橋板采用C25鋼筋砼現(xiàn)澆。節(jié)制閘與上下游渠道采用扭面連接。閘門采用工廠定型的鑄鐵閘門。

5 結(jié)語

三原縣灌區(qū)2018年續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目的實(shí)施，將逐步解決工程設(shè)施現(xiàn)狀存在的主要問題，擴(kuò)大及改善灌溉面積，提高灌區(qū)的灌溉水利用系數(shù)和水分生產(chǎn)率。項(xiàng)目實(shí)施后，年增引水量71.89萬m3，年均節(jié)約用水量為101.91萬m3，可恢復(fù)灌溉面積0.27萬畝，改善灌溉面積0.19萬畝，年增灌溉效益102.55萬元。

S274

B

1673-9000（2017）04-0087-03

2017-03-02

強(qiáng)小絨（1979-），女，陜西淳化人，助理工程師，主要從事農(nóng)村人飲建后和農(nóng)田灌溉管理工作。