南方某灌區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)方案的改造與研究

李莉莉

（廣東中灝勘察設(shè)計咨詢有限公司，廣東肇慶 526060）

1 工程項目背景

共成水庫灌區(qū)位于云浮市新興縣境內(nèi)，建成于1966年，由東渠灌區(qū)和西渠灌區(qū)組成，干渠總長62 km，其中東干渠長30 km、西干渠長32 km，灌區(qū)設(shè)計灌溉面積3666.67 hm2。由于灌區(qū)建設(shè)時標(biāo)準(zhǔn)低，配套不完善，經(jīng)多年運行，渠道淤積嚴重，渠堤垮塌現(xiàn)象時有發(fā)生，部分渠系建筑物老化損壞嚴重，過流能力嚴重不足，工程存在較大的安全隱患，嚴重影響了灌溉效益的正常發(fā)揮，也造成了水資源的嚴重浪費，導(dǎo)致實灌面積僅為2493.33 hm2。為貫徹落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民以及水利工作的一系列新的方針政策，加強農(nóng)業(yè)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力特別是糧食綜合生產(chǎn)能力，大力加強灌區(qū)工程的節(jié)水改造建設(shè)是十分必要的。只有加強骨干工程硬件設(shè)施和管理體制的改善，才能解決農(nóng)業(yè)用水和水資源有限的矛盾，才能恢復(fù)和提高灌區(qū)骨干工程的效益，才能有效地節(jié)約用水及最大限度地優(yōu)化水資源，才能促進灌區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展，才能不斷改善灌區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境和提高人民生活水平。

2 存在的問題及分析

灌區(qū)建于20世紀(jì)60年代，受當(dāng)時的經(jīng)濟和技術(shù)條件的限制，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，配套不完善，此為“先天不足”。管護跟不上，工程老損嚴重，此為“后天不足”，致使工程效益和灌溉面積逐年衰減。灌區(qū)骨干工程存在的主要問題如下：

2.1 工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差

灌區(qū)于1966年建成，當(dāng)時正處在國家困難時期，該工程只能將有限的資金主要用于水庫建設(shè)和總干渠、干渠上的主要建筑物，渠道均由當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娮曰I建設(shè)，渠道開挖斷面“三度”達不到要求，回填土壓實質(zhì)量差導(dǎo)致回填土防滲達不到要求，有很多渠段欠挖欠填，或超挖。填筑渠堤普遍單薄，下邊坡較陡，經(jīng)常導(dǎo)致下渠基滑坡出險潰渠。部分渠段由于地處半山坡較陡峻，坡頂垂高超10 m，都是裸露的無防護的土坡，在暴雨襲擊下，滑坡時有發(fā)生，已經(jīng)造成這部分渠道的嚴重淤積，產(chǎn)生滑坡后修復(fù)渠道的造價非常大。

東干渠5座渡槽都是薄殼結(jié)構(gòu)，無欄桿無人行橋，非常簡陋，例如東山渡槽長達340 m、高度近23 m，無欄桿，管理人員根本不敢從上面走過去檢查；頁村渡槽槽身為只有少量鋼絲的混凝土結(jié)構(gòu)（據(jù)資料），各構(gòu)件已有部分混凝土剝落。

2.2 建筑物嚴重老損

由于灌區(qū)渠道長度大，渠系建筑物眾多，但幾十年來工程維護資金短缺，致使渠道內(nèi)雜草叢生，淤積嚴重，部分渠段內(nèi)外坡均較陡，時有垮塌現(xiàn)象發(fā)生，隧洞襯砌護面剝落，渡槽槽身接頭、節(jié)制閘、分水閘閘門止水大多老化損壞，閘門銹蝕嚴重，啟閉設(shè)施簡陋、落后。

灌區(qū)渠系建筑物建成運行至今，沒有進行過系統(tǒng)的維修，部分建筑物已嚴重老化損壞。例如，頁村渡槽（長199 m），支架已露筋、混凝土剝落嚴重，西云閣渡槽（長465 m）欄桿已不見了近1/4，渡槽接頭、泄洪閘、分水涵閘止水大多數(shù)已老化或損壞，漏水現(xiàn)象較普遍。同時由于建筑物配套不全，工程存在的安全隱患較大，直接影響運行安全。

2.3 渠道滲漏，水資源浪費嚴重

由于渠道滲漏、毀損老化，建筑物跑水和管理原因，致使水資源浪費嚴重。在灌區(qū)，半挖半填和填方渠道占的比例較大，受填筑質(zhì)量和土料影響，渠道普遍存在散浸，有的還存在明漏現(xiàn)象。大部分渠道“三度”未達標(biāo)，加上渠道淤積嚴重，輸水不暢，上游渠道滿渠（渠道水深約1.5 m）輸水到干渠一般只剩十幾厘米水深，造成上游出現(xiàn)漫堤跑水，下游無水可用。

2.4 管理困難

干渠較長，交通不便，管理困難，工程維護投入小，管理手段、管理設(shè)施落后。灌區(qū)各管養(yǎng)站均是已建成40多年的磚木房，早已不能住人，部分已坍塌，員工收入只有社會平均水平的40%左右，工程管理維護困難。

3 改造方案的分析與研究

3.1 工程任務(wù)和目標(biāo)

灌區(qū)節(jié)水改造工程任務(wù)是提高灌區(qū)灌溉效益。保證輸水明渠、渠系建筑物的安全運行，同時減小滲漏，提高灌溉水利用系數(shù)，在本期灌區(qū)改造完成后，已失灌的1173.33 hm2絕大部分得到恢復(fù)（按80%考慮恢復(fù)940 hm2），保證了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

3.2 工程改造方案的內(nèi)容

3.2.1 渠道疏浚和襯砌：東干渠18+360～27+500段土質(zhì)明渠防滲襯砌8.303 km；西干渠13+500～32+212段土質(zhì)明渠防滲襯砌17.94 km。

3.2.2 渡槽重建和加固。重建渡槽2座東山渡槽、頁村渡槽，總長度539 km；加固渡槽4座：力呈渡槽、田村渡槽、稔村渡槽及西云閣渡槽，渡槽總長度1103 m。

3.2.3 反虹吸管加固。加固印村反虹吸管，總長度214 m。

3.2.4 水閘、行人橋及管養(yǎng)站。東、西灌區(qū)工程改造分水閘38座、行人橋54座及機耕橋132座；重建管養(yǎng)站8座400 m2。

3.2.5 輸水隧洞。東、西灌區(qū)現(xiàn)有10個輸水隧洞，大部分隧洞淤積嚴重，需要人工清淤，平均淤積深度0.3 m。

3.3 渠道改造方案

渠道改造以節(jié)水防滲為重點，旨在提高渠道襯砌率，提高渠系水利用系數(shù)和輸水環(huán)節(jié)的水利用系數(shù)。

根據(jù)沿線地形、地質(zhì)條件、邊坡穩(wěn)定、施工管理、占地拆遷、工程造價以及襯砌等因素考慮，本次改造斷面按梯形斷面進行設(shè)計。從造價、施工方便、運行管理及耐久性等方面綜合考慮，選取現(xiàn)澆混凝土板襯砌方案。其中西干渠有部分渠道地質(zhì)情況比較差，采用梯形混凝土斷面襯砌無法保證質(zhì)量。根據(jù)實際探查并參考前期施工的工程經(jīng)驗，對這些渠道采用混凝土結(jié)構(gòu)矩形渠道。

根據(jù)不同的段不同的地形，分別采用了一邊混凝土矩形結(jié)構(gòu)，一邊梯形襯砌（混合式），和雙邊混凝土矩形結(jié)構(gòu)（圖1，圖2）。

圖1 混合式結(jié)構(gòu)

圖2 混凝土矩形結(jié)構(gòu)

3.4 灌排建筑物改造方案

3.4.1 水閘改造方案?，F(xiàn)狀水閘閘室均為漿砌石砌體，結(jié)構(gòu)單薄且簡陋，由于維修保養(yǎng)跟不上，閘門體及門架破損嚴重，漿砌石閘室表面砂漿剝落、部分砌體松動或變形，部分混凝土閘門因側(cè)墻或門體變形而影響啟閉，現(xiàn)狀水閘需全部重建。

新建分水閘全部于原址進行，水閘閘室底板及側(cè)墻均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板及側(cè)墻厚度均為0.4 m，典型閘室長度為4.75 m，具體可視現(xiàn)場堤寬做適當(dāng)調(diào)整，為減小繞滲，設(shè)混凝土刺墻，刺墻深入閘底下0.5 m、進入兩側(cè)土堤1.0 m，由于水閘分水流量不大，為便于設(shè)備訂購（鑄鐵閘門），水閘閘室凈寬統(tǒng)一定為0.8 m，閘門高度1.0 m～1.6 m（較水面線高0.2 m），閘門體采用鑄鐵閘門，設(shè)鋼筋混凝土門架，閘門采用螺桿式手動葫蘆啟閉。

3.4.2 渡槽改造方案。東干渠現(xiàn)狀布有渡槽5座，西干渠有1座（西云閣渡槽），各渡槽位置、長度等資料如表1所示。

表1 渡槽概況表

西干渠中的西云閣渡槽，是為跨越船崗河而建，槽斷面為矩形，支承采用預(yù)制排架柱，由于進、出口連接的干渠布設(shè)高程所要求，渡槽除了跨越主河槽外，還需要跨越兩側(cè)較低的、寬闊的河灘，故渡槽總長度達465 m。西云閣渡槽存在問題：

1）大部分槽身表面老化，局部有露筋情況，但整體結(jié)構(gòu)尚良好。

2）各跨槽身之間的分縫止水全部破壞失效。

3）進出口段有2個排架柱（出口往進口方向第2、第4排支柱）柱身有結(jié)構(gòu)性脹裂破壞，其余排架柱除有混凝土表面老化外，尚無其他情況。

針對上述情況，西云閣渡槽予以保留，只進行維修、加固處理，措施：已破壞的2個排架支柱重建，槽身分縫止水重做，對槽身內(nèi)、外鋼筋混凝土表面及全部排架柱混凝土表面進行防老化處理。

東干渠中的東山渡槽、頁村渡槽，是為減少渠道長度而跨越洼地所建（沿高程繞山坡而行長度非常大），其中東山渡槽較長、頁村渡槽一般，兩渡槽斷面結(jié)構(gòu)相同，均為裝配式“U”型薄殼槽渡槽，槽內(nèi)斷面下半圓半徑為0.9 m，上部直段高0.6 m，總深1.5 m，支承采用預(yù)制排架柱。東山渡槽、頁村渡槽存在問題：

1）預(yù)制“U”型薄殼槽槽身老化嚴重，由于槽身薄且老化，不少位置產(chǎn)生滲水現(xiàn)象。

2）預(yù)制的支承排架柱斷面原來只有0.2×0.2（m），后來部分高度較大的柱每邊加厚5 cm，但加厚部分與原柱體多數(shù)整體性差，不少地方有分離情況。

3）排架柱柱體老化嚴重，多數(shù)柱面水泥砂漿流失石子外露，同時混凝土或呈蜂窩狀或露筋或脹裂。

4）各段槽身間分縫漏水嚴重，渡槽未設(shè)檢修橋，管養(yǎng)維護不方便。

針對上述情況，擬對2座渡槽拆除重建。新建渡槽進、出口高程及渡槽總長度不變，槽身為矩形混凝土槽，2座渡槽斷面尺寸相同，除進、出段跨度不統(tǒng)一外，2座渡槽中部各跨跨度統(tǒng)一為12 m，其中東山渡槽為29跨，最大支墩高度為26 m，頁村渡槽為17跨，最大支墩高度為9.6 m，渡槽槽墩為現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心墩。

東干渠除東山渡槽、頁村渡槽外，余下的力呈渡槽、田村渡槽、稔村渡槽是為跨越河溝或洼地而建，槽身結(jié)構(gòu)同東山渡槽、頁村渡槽一樣，亦為裝配式“U”型渡槽，而存在問題則與西干渠中的西云閣渡槽相類似，槽身、排柱表面有老化現(xiàn)象，分縫止水損毀嚴重，渡槽進口、出口過渡段砌體有損毀情況，但整體結(jié)構(gòu)良好，主體結(jié)構(gòu)予以保留，采取改造措施是槽身、進行排柱表面防老化襯護、新作分縫止水等措施。

3.4.3 隧洞改造方案。共成水庫灌區(qū)現(xiàn)有10個輸水隧洞，其中西干渠有中黃隧洞及十里隧洞，2個隧洞全洞段采用預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件襯砌，隧洞進、出口洞臉整體較好，只有局部地方砌體損壞，洞內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)完好、平整。其余8個隧洞布置在東干渠，各隧洞均全洞段進行了襯護，其中底板及側(cè)墻采用料石襯砌，拱頂采用預(yù)制混凝土楔形磚襯砌，隧洞進、出口洞臉整體較好，只有局部地方砌體損壞，洞內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)完好、平整。

由現(xiàn)場勘查，各隧洞洞徑小、襯砌結(jié)構(gòu)完整，但淤積嚴重，經(jīng)計算多數(shù)隧洞不滿足過流要求。本次工程對進出口局部損壞砌體進行修補，淤積深度0.13 m～0.63 m，平均淤積0.3 m，清淤后將滿足過流要求。

3.4.4 反虹吸管改造方案。西干渠有3座反虹吸管，虹吸管為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管身結(jié)構(gòu)完整，本次改造工程不作改造處理，但印村反虹吸管跨越集成河，由于下游河床下切，危及虹吸管跨河段的基礎(chǔ)，需進行防護處理，措施是于下游河床設(shè)沉管樁以保護管的基礎(chǔ)。工程改造后，各反虹吸管布置、長度及進、出口高程不變。印村反虹吸管加固基礎(chǔ)：印村反虹吸管跨越集成河，總長214 m，處于河床段約70 m左右，虹吸管的河床段原埋于河床下，由于下游河床的下切，現(xiàn)管頂已高于下游河床面達3 m左右，使管下游河床段形成陡坡段，河道過流時容易淘刷管基礎(chǔ)，同時兩岸崩塌，已做多次加固處理，但由于加固資金有限，均未能徹底處理，現(xiàn)管下游仍有護基松樁，但由于松樁較短，埋深淺，容易破壞?，F(xiàn)擬于管下游設(shè)2排（每排并列3條管樁）鋼筋混凝土預(yù)制管沉樁進行基礎(chǔ)防護，樁長5 m，全部沉埋于河床砂層中，上、下游河床面設(shè)干砌石護面，下游兩岸設(shè)漿砌石重力墻護岸。

3.4.5 渠道管養(yǎng)站及交通橋。本次改造干渠段內(nèi)，東、西干渠各有4座管養(yǎng)站，均是幾十年以前的磚木結(jié)構(gòu)，已成為危房，下雨天不能住人，全部在原址進行重建，新建房為單層磚混結(jié)構(gòu)，每座建筑面積50 m2。

本次改造的干渠內(nèi)總共有小橋186座，其中東灌區(qū)行人小橋17座、機耕橋（或村道橋）37座，西灌區(qū)行人小橋37座、機耕橋（或村道橋）95座?，F(xiàn)狀橋涵結(jié)構(gòu)簡陋、混凝土板梁單薄、砌體支墩單薄且變形是最普遍情況，部分橋甚至是用木條架設(shè)、其上鋪土所建，很不安全。新建人行橋?qū)挾?.5 m，機耕橋?qū)挾?.5 m，橋面為簡支板梁式，橋墩采用現(xiàn)澆混凝土，橋跨按各渠道位置而定。

3.5 信息化系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控管理系統(tǒng)整體上由現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)、計算機管理子系統(tǒng)、市三防辦水雨情遙測顯示系統(tǒng)以及同水利工程管理中心聯(lián)網(wǎng)的遠程查詢子系統(tǒng)組成。

現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)包括：水雨情監(jiān)控、閘門監(jiān)控。現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)有良好的擴展性，一旦需要，可以建立水電監(jiān)控子系統(tǒng)并納入本系統(tǒng)中進行優(yōu)化調(diào)度。

無線通信子系統(tǒng)以中控室值班機為中心，通過調(diào)制解調(diào)器和雙工電臺與設(shè)置在各現(xiàn)場的終端組成星形無線通信網(wǎng)絡(luò)。

布置在中控室的計算機管理子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的中心。以Windows為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)構(gòu)成局域網(wǎng)。選用高檔微機作為服務(wù)器，內(nèi)置數(shù)據(jù)服務(wù)器（SQLsever）、web服務(wù)器、文件與打印服務(wù)器，并連接一Moden，通過電話線（或電臺）與外界聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)遠程查詢、互聯(lián)網(wǎng)等功能。選用微機作為離線管理計算機，運行離線管理軟件和辦公服務(wù)軟件。選用工業(yè)控制計算機（工控機）作為值班機（在線機），運行監(jiān)控軟件，完成日常監(jiān)控任務(wù)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過本次灌區(qū)節(jié)水改造項目的建設(shè)加強了以水利為重點的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水利條件，提高了農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力特別是糧食綜合生產(chǎn)能力，提高了農(nóng)民收入，使灌區(qū)達到節(jié)水用水、增產(chǎn)增收的目標(biāo)。本工程建設(shè)投資經(jīng)濟合理、社會效益顯著。