虎林灌區(qū)田間配套工程設計方案比選

王澤東，楊 磊，權(quán)琦澤

（1.河北省水利水電勘測設計研究院集團有限公司，天津 300250；2.河北省水利工程局集團有限公司，石家莊 050000；3.河北省水利規(guī)劃設計研究院有限公司，石家莊 050000）

1 灌區(qū)概況

虎林灌區(qū)位于烏蘇里江左岸，全區(qū)總土地面積478km2，區(qū) 內(nèi) 現(xiàn) 有 耕 地 37341.87hm2，水 田14600.73hm2，為井灌，旱田 22741.14hm2。灌區(qū)設計灌溉面積 34441.72hm2，工程規(guī)模大（2）型，為提水灌區(qū)，水源為烏蘇里江。

虎林灌區(qū)屬穆棱—興凱低平原的一部分，灌區(qū)內(nèi)地勢低平，略呈自西和南向北和東北傾斜。山區(qū)主要分布在與灌區(qū)相鄰的東南部虎頭鎮(zhèn)一帶，地面高程在60～144.6m之間。平原包括與灌區(qū)相鄰的自然保護區(qū)和部分低濕地，海拔高程53～62m，地形坡降1/3000～1/10000，微地形變化復雜，地貌以河漫灘和一級階地為主的平原地貌。

灌區(qū)鄰近及區(qū)內(nèi)河流都屬于烏蘇里江流域，灌區(qū)水源地為烏蘇里江，其他主要河流有穆棱河、七虎林河和阿布沁河。

2 灌區(qū)現(xiàn)狀及設計方案

2.1 灌區(qū)現(xiàn)狀

虎林灌區(qū)經(jīng)過最近十幾年的開發(fā)治理，灌溉、排澇體系基本成型：沿烏蘇里江、七虎林河、穆棱河修建了堤防，排水工程已成體系，已開挖骨干排水工程11條，長117.304km，其中總干溝1條，長2.274km，干溝10條，長115.03km；橋11座，上述骨干排澇工程已達到3年一遇洪水標準。

因項目區(qū)內(nèi)16374.15hm2原有渠道全部為當?shù)卮迕褡孕行藿?，多為排瀝渠道，原有灌溉方式采用井灌，采用地下水灌溉，導致地下水位連年下降，況且渠道及建筑物年久失修，受地形、地質(zhì)和占地等多因素制約，采用傳統(tǒng)單灌單排方案，交叉建筑物數(shù)量多，工程永久占地面積較大，總投資多?；貧w水及區(qū)間地表水不能夠充分利用，渠首運行費受益農(nóng)戶分攤較大，農(nóng)戶不容易接受。

2.2 設計方案

虎林灌區(qū)總土地面積478km2，根據(jù)《黑龍江省三江平原虎林灌區(qū)工程初步設計報告》，當?shù)厮Y源總量為10082萬m3，其中擁有當?shù)禺a(chǎn)流4668萬m3；地下水總補給量6768萬m3/a，多年平均地下水可開采量為5533萬m3/a。

虎林灌區(qū)地下已過量開采，而區(qū)內(nèi)地表水資源利用率卻極低，尤其是水質(zhì)優(yōu)良、水量豐富的烏蘇里江過境水雖已開發(fā)，但尚未充分利用，水資源利用極不均衡。因此需盡早實施灌區(qū)配套工程，合理配置水資源，充分利用過境地表水資源發(fā)展灌溉，避免地下水超采，以促進區(qū)內(nèi)的生態(tài)、社會和經(jīng)濟協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。

針對虎林灌區(qū)上述問題，據(jù)現(xiàn)場查勘、測量地形圖及當?shù)卮迕窳私獾那闆r，提出以下設計方案。

2.2.1 方案一：單灌單排方案

采取傳統(tǒng)單灌單排方案，灌溉排水兩套系統(tǒng)。灌溉渠道采用半挖半填渠道，由于干渠已經(jīng)修好，支渠選擇在地勢較高的地方，可以保證有足夠水頭，靠自流灌溉。排水渠道選擇地勢較低點開挖，以便澇水匯入，同時選擇最后澇水排出點。受地形限制，需要選擇合適的地方修建排澇泵站以便排出澇水。

2.2.2 方案二：灌排結(jié)合方案

灌溉和排水共用一條渠道，且要求灌排同向。灌排結(jié)合渠道在灌溉時需要二次提水，需要用戶自備水泵抽水灌溉。在排澇時，最末端需要設排澇泵站，以便排出澇水，避免產(chǎn)生洪澇災害。

灌排結(jié)合渠道渠首與上一級輸水渠道相連，末端與排水溝相連，設計時要合理確定渠底高程，滿足“旱灌澇排”的要求。灌排結(jié)合的關(guān)鍵點在于高度控制在輸水渠道和排水渠道之間，要求落差很小。

灌排結(jié)合渠道要求地形平坦、土地平整、灌排同向，且田間排水系統(tǒng)較完善，在維持原有排水功能不變的情況下，新增灌溉功能。利用現(xiàn)有排水支溝作為灌溉支渠，現(xiàn)有排水小溝作為灌溉斗渠，二次提水灌溉，保持原有排水功能。

虎林灌區(qū)灌溉水源為烏蘇里江，總干渠和干渠均為地上渠，通過在總干渠上設置分水閘，從總干渠分水到干渠，干渠水自流入支渠。此次虎林灌區(qū)配套工程采用支、斗渠灌排結(jié)合，這樣可以減少一套系統(tǒng)，減少工程占地，而且滿足灌排要求。

3 方案比選

3.1 占地和投資

采取傳統(tǒng)的傳統(tǒng)單灌單排方案，灌溉排水兩套系統(tǒng)。灌溉渠道采用半挖半填渠道，排水渠道采用地下渠。而灌排結(jié)合渠道則不同，灌排結(jié)合一套系統(tǒng)，采用地下渠道灌溉和排水，渠道條數(shù)相比單灌單排方案要減少大約1/2，同時建筑物數(shù)量減少大約1/2。對于征占占地，單灌單排渠道基本為新挖渠道，需要重新征占地，全部為永久征占地。而灌排結(jié)合則不一樣，灌排結(jié)合是在原有排水溝的基礎上清淤、整形，這些渠道多為當?shù)卮謇锕灿星?，不涉及大面積永久征占地。鑒于永久征占地、建筑物數(shù)量、渠道條數(shù)而言，工程總投資灌排結(jié)合比較合理。

3.2 雨水、回歸水利用情況

單灌單排方案中雨水回歸水利用較少，需要靠人工管理控制。但灌排結(jié)合則不同，可以采用降低輸配水位方式運行，即渠道中水位接近地下水位時，這樣可以很大程度地減少滲漏和跑水；同時區(qū)間田間滲漏水、跑水與排水及區(qū)間降水徑流也可以匯入渠道中，這樣可以循環(huán)利用雨水、滲水，基本實現(xiàn)廢水零排放，回歸水利用效率提高，減少渠首泵站運行時間。

3.3 建筑物數(shù)量及運行管理

單灌單排、灌排結(jié)合兩種設計方案都需要在每條渠道上至少設置2個建筑物，即分水閘、退水閘。但是灌排結(jié)合相比單灌單排渠道減少1/2，建筑物數(shù)量也減少將近1/2。因此灌排結(jié)合的管理更加便捷，運行成本也相對較少。

3.4 鹽堿化程度

單灌單排模式能夠保證地表澇水和地下水的順暢排泄，可以有效防止次生鹽堿化的發(fā)生；對于灌排結(jié)合模式，灌溉期渠道內(nèi)基本上一直保持有水狀態(tài)，由于渠內(nèi)水位比地面低0.4～1.1m，能夠保證澇水和地下水順暢排泄，也可以有效防止次生鹽堿化的發(fā)生。

3.5 地形地勢條件

單灌單排對地形地勢要求不高，能適應多種地形地貌條件。灌排結(jié)合方案對于地勢要求高，要求地形平坦，土地平整，排水條件好。由于虎林灌區(qū)位于三江平原，剛好具備上述地形平坦，土地平整，排水條件好。

3.6 理論技術(shù)成熟度

傳統(tǒng)的單灌單排理論技術(shù)成熟，運行可靠，GB50288—2018《灌溉與排水工程設計標準》里有成熟的計算理論，而灌排結(jié)合則是最近幾年黑龍江省三江平原治理過程中形成的新型灌溉設計模式，通過灌溉流量與排水流量對比，選擇較大流量來作為設計依據(jù)。二者本質(zhì)理念是一樣的，都是運用曼寧公式推導。

4 結(jié)語

灌排結(jié)合設計可以有效減少占地，建筑物數(shù)量減少近1/2，有效減少了水資源浪費，由于層層下挖，最后的渠道挖深會很大，建議合理選擇每條支渠控制的灌溉面積，結(jié)合地形地貌，土方工程最好做到挖填平衡，減少棄土。綜上所述，此次虎林灌區(qū)田間配套工程采用灌排結(jié)合設計方案。

本文通過對虎林灌區(qū)田間配套工程設計方案比選的探討，總結(jié)分析了單灌單排和灌排結(jié)合渠道的特點，為后期灌區(qū)設計提供參考。