小中甸水利樞紐灌區(qū)工程管道供水可行性研究

鮑學(xué)松 ，格桑江初

淵1.云南省迪慶藏族自治州小中甸水庫(kù)管理局袁674499袁香格里拉曰2.小中甸水利樞紐工程開(kāi)發(fā)投資有限責(zé)任公司袁674499袁香格里拉冤

一、灌區(qū)工程概況

小中甸水利樞紐為碩多崗河流域綜合治理開(kāi)發(fā)的控制性工程，為“一庫(kù)七級(jí)”梯級(jí)開(kāi)發(fā)的上游龍頭水庫(kù)，工程規(guī)模為Ⅱ等大（2）型水利樞紐，工程主要由主副壩（主壩最大壩高52.7 m)、壩后式電站（裝機(jī)容量18 MW）發(fā)電廠房、引水隧洞及壓力鋼管、升壓站、灌區(qū)供水等主要建筑物組成。灌區(qū)工程位于壩址下約4.5 km的碩多崗河兩岸階地上，共劃分為4個(gè)片區(qū)。壩下左岸由Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地組成，Ⅱ級(jí)階地高程在3194～3230 m之間，為一號(hào)灌區(qū)；Ⅰ級(jí)階地在3 142～3 160 m之間，為二號(hào)灌區(qū)；壩下右岸亦由Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地組成，其中Ⅰ級(jí)階地高程在 3 136～3 162 m 之間，為三（1）號(hào)灌區(qū)；Ⅱ級(jí)階地高程在3 163～3 212 m之間，為三（2）號(hào)灌區(qū)?？傄?guī)劃灌區(qū)面積 16 120 畝（1 畝=1/15 hm2，下同）。

二、灌區(qū)原設(shè)計(jì)方案

灌區(qū)為典型的高原地區(qū)高山之間夾小塊平地的地形，田高水低，大部分人居住在這之間。灌區(qū)大多為牧場(chǎng)或耕地，部分為灌木叢。灌區(qū)地層為第四系含泥質(zhì)砂卵礫石層夾粉質(zhì)黏土；表層0.4～2.5 m為粉質(zhì)黏土，局部為礫質(zhì)黏土。灌區(qū)地表以下多分布有較厚的砂礫石層，透水性較強(qiáng)。樞紐上下游兩岸階地發(fā)育，階地一般寬1～2 km，最寬處達(dá)2.5 km。區(qū)內(nèi)土壤類型以草甸土、亞高山草甸土為主，土壤肥沃，有機(jī)質(zhì)含量豐富，普遍達(dá)4%～5%，土層深厚，土壤pH值約為6.5～7，土壤質(zhì)地疏松，結(jié)構(gòu)良好，適宜于青稞、馬鈴薯以及球根花卉的生長(zhǎng)需要。

壩址下游左岸、小中甸鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府及其下游一帶Ⅲ級(jí)階地臺(tái)面上規(guī)劃的灌區(qū)，高程為3 194～3 230 m。地層為第四系粉質(zhì)黏土夾黏土質(zhì)礫或含黏土礫；表層為0.8～2.5m的粉質(zhì)黏土，局部為礫質(zhì)黏土，具微～極微透水性，大多為牧場(chǎng)或耕地，部分為灌木叢。

壩址下游左岸Ⅰ級(jí)階地臺(tái)面上規(guī)劃的灌區(qū)，臺(tái)面高程3 142～3 160 m。地層為第四系砂卵礫石、黏土質(zhì)礫或含黏土礫夾粉質(zhì)黏土，具中等～強(qiáng)透水性；表層0.4～1.0 m為礫質(zhì)黏土或砂質(zhì)黏土，局部為砂壤土，具弱～微透水性，大多為耕地，局部為牧場(chǎng)。

壩址下游右岸Ⅰ級(jí)階地臺(tái)面上規(guī)劃的灌區(qū)，臺(tái)面高程3 136～3 162 m。地層為第四系砂卵礫石、黏土質(zhì)礫或含黏土礫夾粉質(zhì)黏土，具中等～強(qiáng)透水性；表層0.4～1.0 m為礫質(zhì)黏土或砂質(zhì)黏土，局部為砂壤土，具弱～微透水性，大部分為耕地，局部為牧場(chǎng)。

壩址下游右岸Ⅲ級(jí)階地臺(tái)面上規(guī)劃的灌區(qū)，臺(tái)面高程3 163～3 212 m。地層為第四系粉質(zhì)黏土夾砂卵礫石、黏土質(zhì)礫或含黏土礫；表層0.6～1.5 m為粉質(zhì)黏土或砂質(zhì)黏土，局部為礫質(zhì)黏土，具弱～微透水性，大部分為牧場(chǎng)或耕地，局部為灌木叢。

灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)水平年為2020年，灌溉設(shè)計(jì)保證率取P=80%。本階段規(guī)劃設(shè)計(jì)灌區(qū)的灌溉面積為16 120畝，灌溉引水流量1.42 m3/s，裝機(jī)提水流量0.88 m3/s，提水單站裝機(jī)功率0.028萬(wàn)kW。

考慮到當(dāng)?shù)氐耐翆咏Y(jié)構(gòu)、渠道過(guò)流量等因素，比較了梯形、矩形、U形渠道斷面形式，初步選定灌溉總干渠采用U形渠道斷面形式（成果見(jiàn)表1）。

表1 灌區(qū)明渠供水設(shè)計(jì)方案成果

三、灌區(qū)原設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題

設(shè)計(jì)方面：設(shè)計(jì)中未充分考慮灌區(qū)地勢(shì)平坦開(kāi)闊，渠道沿線部分沖溝、沼澤地段的工程地質(zhì)條件極差不適宜建窄深形渠道；通過(guò)對(duì)本地區(qū)已建的供水明渠建后運(yùn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對(duì)于高海拔寒冷地區(qū)的季節(jié)性供水渠道，受冬季低溫、冰凍及凍融循環(huán)破壞的影響，使用壽命相對(duì)較短，后期維修資金投入大等特點(diǎn)，水工建筑物存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求高、施工質(zhì)量控制要求嚴(yán)等具體問(wèn)題，灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中存在供水建筑物數(shù)量多（跨河、跨機(jī)耕道、跨溝輸水渡槽）、渠道工程設(shè)計(jì)施工難度增大，同時(shí)受冰凍、嚴(yán)寒等氣候條件制約，混凝土設(shè)計(jì)需考慮抗凍標(biāo)號(hào)等實(shí)際情況，導(dǎo)致工程投資增加；結(jié)合高原壩區(qū)灌區(qū)農(nóng)作物種植比例及實(shí)際用水情況，還存在部分灌區(qū)設(shè)計(jì)用水量偏大的問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，目前由于地質(zhì)原因，灌區(qū)耕地有2%～5%自然排水坡度，利于夏季排澇，沒(méi)有實(shí)際意義上的水田，耕地不能用明渠進(jìn)行漫灌，而是旱季4—5月，在農(nóng)作物播撒和經(jīng)濟(jì)作物移栽時(shí)用人工灑水澆灌。

施工方面：供水明渠由于戰(zhàn)線長(zhǎng)、斷面大，存在工程永久占地大、工程征占地協(xié)調(diào)難度大、施工期受當(dāng)?shù)貧夂虻南拗?、有效施工期較短等問(wèn)題。

建后管理：由于灌區(qū)與牧區(qū)交叉重疊，加之整個(gè)灌區(qū)地處高寒壩區(qū)，夏季 （4—10月）為耕地，冬季（11月—次年3月）為牧場(chǎng)，供水明渠建成后對(duì)灌區(qū)內(nèi)的大小牲畜出行帶來(lái)不便。高原地區(qū)的大小牲畜長(zhǎng)期以來(lái)為散養(yǎng)狀態(tài)，春、夏季趕至高山牧場(chǎng)放養(yǎng)，冬季回到灌區(qū)放養(yǎng)，灌區(qū)內(nèi)修建渠道后，牛、羊、豬等大小牲畜有可能跌落在渠道內(nèi)，修建的明渠80%以上必須進(jìn)行蓋板覆蓋，不然阻礙放牧通道，影響灌區(qū)群眾生產(chǎn)生活。如位于香格里拉市東南面約4.5 km的桑那水庫(kù)在新建南、北輸水干渠(矩形斷面1.5 m×1.8 m)后，經(jīng)常發(fā)生牲畜跌落水渠后要求管理局賠償、村民強(qiáng)烈要求渠道沿線設(shè)置護(hù)欄等問(wèn)題，給后期運(yùn)行管理造成許多困難。明渠施工對(duì)灌區(qū)植被破壞面積較大，由于氣候嚴(yán)寒，生態(tài)、植被難以恢復(fù)。

四、灌區(qū)管道供水可行性方案

采用管道供水方案，灌區(qū)平面布置與渠道平面布置基本一致，通過(guò)初步計(jì)算，成果見(jiàn)表2。

表2 灌區(qū)管道供水設(shè)計(jì)方案成果

1.采用管道供水與明渠供水方案比較

增加主管2.9km，相應(yīng)增加自流灌溉面積1012畝，其他灌區(qū)主干管平面布置基本與渠道一致，但是可靈活變線，管道沿線可不受地形及高程的限制，線路可將渠道方式引水的大部分沼澤地避讓開(kāi)，管道多處通過(guò)沖溝、公路段不需要修建渡槽、涵洞及背水橋等。

將原設(shè)計(jì)提水泵站取消，在管道上增設(shè)管道增壓泵，縮減泵站裝機(jī)，節(jié)約運(yùn)行成本；泵站提水的高差較小，裝機(jī)105 kW，比渠道方案減少795 kW，泵站的提水耗電量也相應(yīng)減少，年提水動(dòng)力費(fèi)用為6.0萬(wàn)元，比渠道方案減少提水動(dòng)力費(fèi)用18萬(wàn)元。

管道施工不受氣溫影響，除雨雪天氣外，基本能進(jìn)行施工。工程施工計(jì)劃工期為18個(gè)月，比渠道方案減少工期6個(gè)月。

管道供水為地埋式，克服高寒壩區(qū)的凍融破壞，小型的塌方、地面沉陷、山洪、泥石流等自然災(zāi)害對(duì)管道破壞性較小，工程運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，供水保障率高。

管道布置安裝對(duì)地形適應(yīng)性高，工程永久占地12畝，比渠道方案減少190畝，運(yùn)行管理方便，工程造價(jià)低，避免了人和牲畜發(fā)生危險(xiǎn)，解決了農(nóng)牧民的擔(dān)憂。

2.管道供水設(shè)計(jì)可行性方案

從主壩壩后預(yù)留生態(tài)基流管引水，增加主管道DN700 mm鋼管和球墨鑄鐵管，管道長(zhǎng)度約2 900 m，設(shè)計(jì)引用流量0.45 m3/s，增加壩下游左岸灌溉面積1 000畝，主管開(kāi)口接支管，設(shè)計(jì)引用流量0.01 m3/s；左干管1管埋設(shè)與原干渠路線基本一致，取水初步估算流量為0.22 m3/s，擬采用球墨鑄鐵管和PE管埋設(shè)，在合適的位置增設(shè)管道增壓泵，保證水庫(kù)在最低水位時(shí)能保證左干管2供水；左干管2通過(guò)水池分水后進(jìn)行供水，走向與原干渠路線基本一致，右干管1初步估算取水流量為0.2 m3/s，擬采用球墨鑄鐵管和PE管埋設(shè)，在最枯季節(jié)可完全滿足自流灌溉，埋設(shè)位置與原設(shè)計(jì)線路進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，灌溉面積略有增加，在合適的位置增設(shè)管道增壓泵，保證水庫(kù)在最低水位時(shí)能保證右干管2供水；右干管2通過(guò)水池分水后進(jìn)行供水，走向與原干渠路線基本一致，里程減少；通過(guò)優(yōu)化右岸原泵站供水部分灌區(qū)，可采用支流池程河取水自流供水，覆蓋面積3 000畝，初步估算取水流量為0.01 m3/s，也能滿足灌區(qū)用水。

五、灌區(qū)管道供水必要性分析

小中甸水利樞紐灌區(qū)工程所在的碩多崗河流域，年降雨量分布不均，冬春連續(xù)干旱和春夏連續(xù)干旱現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，如1960年冬春連續(xù)干旱，秋季又遇插花旱，香格里拉縣農(nóng)作物受災(zāi)達(dá)3.18萬(wàn)畝。小中甸水庫(kù)處于碩多崗河流域的小中甸盆地，樞紐上下游兩岸階地發(fā)育，土壤一般為草甸土，適于塊莖類作物生長(zhǎng)。小中甸盆地周邊的農(nóng)副產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、蔬菜等主要供應(yīng)迪慶州政府所在地和香格里拉市，具有地理位置和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)自然條件的優(yōu)勢(shì)，但由于基本沒(méi)有灌溉設(shè)施，農(nóng)作物抗旱能力很低，旱災(zāi)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響很大，遇災(zāi)即造成農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，農(nóng)牧業(yè)基本上是靠天吃飯，不能形成較高的生產(chǎn)力。目前，農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題是干旱缺水。

無(wú)小中甸水利樞紐灌區(qū)工程情況下，碩多崗河對(duì)應(yīng)保證流量?jī)H為4.1 m3/s，若考慮下游環(huán)境和其他用水需要，則實(shí)際可引用流量?jī)H1.46 m3/s，不能滿足灌溉需要。小中甸水庫(kù)調(diào)節(jié)后電站調(diào)節(jié)流量保證率P=80%對(duì)應(yīng)流量為9.3 m3/s，考慮下游環(huán)境和其他用水需要后，實(shí)際可引用流量為6.66 m3/s，可滿足灌溉要求。

小中甸水利樞紐灌區(qū)工程建成后，年均可提供灌溉用水量695萬(wàn)m3，可發(fā)展灌溉面積1.85萬(wàn)畝，其中灌溉旱地1.6萬(wàn)畝，灌溉草場(chǎng)0.25萬(wàn)畝；解決0.83萬(wàn)人和4.15萬(wàn)頭牲畜的用水問(wèn)題，為農(nóng)、林、牧業(yè)生產(chǎn)和人民生活水平及質(zhì)量的提高創(chuàng)造了十分有利的條件。也符合國(guó)務(wù)院《關(guān)于支持青海等省藏區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的若干意見(jiàn)》中提出的加大扶貧開(kāi)發(fā)力度，切實(shí)改善農(nóng)牧區(qū)生產(chǎn)生活條件，增加農(nóng)牧民收入。加快發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè)和高原特色農(nóng)業(yè)，特別是今后通過(guò)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，水資源在設(shè)施農(nóng)業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。通過(guò)灌區(qū)建設(shè)，為將來(lái)發(fā)展節(jié)水灌溉設(shè)施農(nóng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，促進(jìn)小中甸群眾能與全州各族人民一起步入小康社會(huì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

六、結(jié) 論

①通過(guò)管道供水后，灌區(qū)可實(shí)現(xiàn)以自流灌溉為主，提水灌溉、支流引水為輔的方式，供水管線布置較為靈活、方便，同時(shí)可在灌區(qū)合適位置布置相當(dāng)容積的高位蓄水池，在水庫(kù)高水位時(shí)自流蓄滿，滿足灌區(qū)用水需求，可在一定程度上緩解發(fā)電用水與灌溉用水的矛盾。

②通過(guò)管道供水后，工程永久占地面積大大減少，減小征占地征用協(xié)調(diào)難度及補(bǔ)償費(fèi)用，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響減少。

③通過(guò)管道供水后左干管2與右干管2的管道增壓泵裝機(jī)容量大幅度減少，運(yùn)行維護(hù)成本大大降低。

④通過(guò)管道供水后灌區(qū)內(nèi)的大小牲畜出行不受任何影響。

⑤通過(guò)明渠改為管道后按同等價(jià)格進(jìn)行投資分析比較，與原設(shè)計(jì)概算比較直接工程費(fèi)用增加426萬(wàn)元，但工程總投資減少約758萬(wàn)元，投資效益更為顯著。

⑥通過(guò)管道供水建設(shè)，為將來(lái)進(jìn)行節(jié)水灌溉設(shè)施農(nóng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

綜合分析，灌區(qū)長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、節(jié)能減排、環(huán)境效益等較好，管道供水方案是可行的。 ■