玉馬灌區(qū)水資源供需平衡及隧洞加固方案分析

周在美

（河南省人民勝利渠保障中心，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

玉馬灌區(qū)是汝陽縣最大的灌區(qū)，是汝陽縣山南地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈工程，對發(fā)展地方特色農(nóng)業(yè)，穩(wěn)定地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定，促進農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收具有明顯作用。玉馬灌區(qū)經(jīng)歷幾次配套建設，但終因資金不足、配套不完善，仍有0.40 萬hm2農(nóng)田得不到有效灌溉，導致灌區(qū)工程效益不能正常發(fā)揮。為了提升灌區(qū)效益，對灌區(qū)進行改造加固。

2 工程概況

玉馬灌區(qū)總干渠首為玉馬水電站的尾水渠。玉馬水庫灌區(qū)初步設計規(guī)劃灌溉三屯、上店、城關、劉店、小店五個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的耕地0.67 萬hm2，其中自流0.55 萬hm2，提灌0.12 萬hm2。灌區(qū)設計骨干輸水渠道全長65.20 km，其中總干渠3.18 km，分干渠2條共15.26 km，支渠5條共46.74 km。

3 灌區(qū)水資源供需平衡分析

灌區(qū)的主要水源是玉馬水庫，玉馬水庫2006 年除險加固完成，根據(jù)最新的玉馬水庫除險加固資料，玉馬水庫總庫容5 410萬m3，興利庫容3 418萬m3。

灌區(qū)灌溉毛需水量2 198.90萬m3，灌區(qū)農(nóng)村居民及牲畜毛需水量241.42萬m3，合計灌區(qū)需水量2 440.32萬m3。

3.1 調(diào)節(jié)計算原則

①P=50%保證率多年調(diào)節(jié)，以旬為單位時段調(diào)節(jié)；②據(jù)各時段的來水量和用水量之差，得各時段的余水量和水庫蓄水量；③時段引水量與供水量由調(diào)節(jié)庫容確定，并由供水量控制。

3.2 蒸發(fā)、滲漏

3.2.1 水庫蒸發(fā)損失

根據(jù)水文分析，水庫工程設計蒸發(fā)增損值參照《洛陽市水資源評價》（2016年2月），水庫年蒸發(fā)損失按照下式計算：

式中：W—水庫年蒸發(fā)損失量（m3）；E—水庫設計蒸發(fā)損失增損值（mm）；F—水庫水面積與河道水面積之差值（km2）。

玉馬水庫壩址可營造水面41.02 hm2。見表2。

三屯鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)多年平均水面蒸發(fā)及陸面蒸發(fā)情況見表1。

表1 三屯鎮(zhèn)多年平均蒸發(fā)情況 單位：mm

表2 玉馬水庫工程壩址處年平均蒸發(fā)情況

3.2.2 水庫滲漏損失

滲漏損失量按水體規(guī)模的10%考慮。見表3。

表3 玉馬水庫工程蓄水區(qū)滲漏情況

根據(jù)玉馬水庫蒸發(fā)、滲漏計算，蒸發(fā)、滲漏損失353.03萬m3。

3.3 生態(tài)需水量

根據(jù)《水資源供需預測分析技術規(guī)范》確定，對于河道生態(tài)需水量的確定，原則上按多年平均徑流量的10%～20%確定，經(jīng)現(xiàn)場查勘和綜合分析，以多年平均徑流量（4 795.80萬m3）的10%作為河道生態(tài)需水量，為479.58萬m3。

3.4 可供水量計算

經(jīng)調(diào)查，灌區(qū)范圍內(nèi)除農(nóng)村居民及牲畜需水外，無其他用水戶，因而水源地天然來水量減去蒸發(fā)、滲漏損失及河道的生態(tài)基流，便是水源地的可供水量。計算成果見表4。

表4 灌區(qū)P=50%保證率可供水量計算成果表 單位：萬m3

灌區(qū)灌溉毛需水量2 198.90萬m3，灌區(qū)農(nóng)村居民及牲畜毛需水量241.42萬m3，合計灌區(qū)需水量2 440.32萬m3。從上表可看出，P=50%的年可供水量總體上可滿足項目用水需求。

3.5 水資源供需平衡計算

灌區(qū)在保證率P=50%的情況下玉馬水庫年入庫水量4 180.60 萬m3，蒸發(fā)、滲漏量353.03 萬m3，河道生態(tài)需水量479.58 萬m3，年可供水量3 347.99 萬m3；灌區(qū)遠期規(guī)劃水平年需水量2 440.32 萬m3；年余水量907.59 萬m3。由此看出，設計保證率P=50%的年總來水量總體上可滿足項目用水需求。

根據(jù)實測玉馬水庫入庫水量進行月旬年水資源平衡計算。以玉馬水庫設計保證率P=50%的典型年興利調(diào)節(jié)計算：由旬初水庫凈來水量加旬初庫存水量，減去當旬居民牲畜供水和灌區(qū)灌溉毛需水量，多余水量蓄于庫內(nèi)，當庫水位超過正常蓄水位445 m（對應庫容3 418 萬m3）時，水庫棄水。對項目區(qū)P=50%保證率下水資源平衡計算。結果表明年余水量為907.59萬m3，玉馬水庫入庫水量可以滿足項目用水需要。

4 隧洞加固方案

4.1 西一分干渠隧洞

4.1.1 隧洞現(xiàn)狀

西一分干渠本次工程范圍內(nèi)共有隧洞4座，總長1.62 km，均為城門洞型。西干渠隧洞進出口大部分被塌落土方掩埋，且隧洞內(nèi)淤積嚴重。根據(jù)原設計資料顯示，西干渠現(xiàn)狀隧洞底寬1.50～2.20 m，高1.70 m，其中1#隧洞側(cè)墻及頂拱為混凝土結構，2#～4#隧洞側(cè)墻為漿砌石結構，頂拱為混凝土結構。通過現(xiàn)場調(diào)查，隧洞進出口被大部分塌落土方掩埋，隧洞內(nèi)淤積，隧洞側(cè)墻及底板存在滲漏等現(xiàn)象。

4.1.2 隧洞加固

由于西一分干渠現(xiàn)狀隧洞洞徑較小，進出口被大部分塌落土方掩埋，隧洞側(cè)墻及底板存在滲漏現(xiàn)象，本次對西一分干渠隧洞進出口塌落土方進行清理，對隧洞內(nèi)進行清淤，同時對隧洞側(cè)墻及底板采用C25 混凝土進行襯砌，其中側(cè)墻襯砌厚度12 cm，底板襯砌厚度10 cm。4.1.3 隧洞過流能力復核洞身斷面尺寸按明渠均勻流計算，計算公式為：

式中：ω為洞身過水斷面面積（m2）；c 為謝才系數(shù)，按曼寧公式計算；n 為糙率，取n=0.017；R 為水力半徑（m）；i 為洞底縱坡。

對西一分干渠隧洞襯砌加固，襯砌后隧洞仍維持原有縱坡，隧洞斷面減小，經(jīng)計算隧洞水深抬高1-3 cm，經(jīng)分析對比，隧洞加固后，不影響沿線取水口正常取水。同時加固改造后隧洞清淤疏浚、側(cè)墻及底板防滲護砌，增加了安全輸水能力，降低了水滲漏，提高了水利用率及灌區(qū)灌溉效率，進而增加了農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)等，其改造的社會、經(jīng)濟效益顯著。

4.2 東干渠隧洞

4.2.1 隧洞現(xiàn)狀

東干渠共有隧洞17 座，總長4 679.90 m，均為城門洞型。東干渠隧洞內(nèi)淤積，部分隧洞頂部預制拱圈出現(xiàn)裂縫。經(jīng)現(xiàn)場勘察，隧洞底寬1.65～4 m，高1.77～2.80 m，隧洞側(cè)墻均為漿砌石結構，除9#隧洞拱頂為磚混結構、15#隧洞拱頂為土洞未護砌，其他隧洞頂拱均為混凝土預制拱圈，隧洞底板均為混凝土結構。現(xiàn)場調(diào)查東干渠隧洞主要問題：隧洞淤積；隧洞混凝土砌拱圈裂縫、灰縫脫落，部分裂縫貫通拱圈；拱圈材料劣化嚴重，影響結構物承載能力；隧洞混凝土砌拱圈間灰縫脫落。

4.2.2 隧洞加固

東干渠現(xiàn)狀隧洞進行清淤。同時為維持現(xiàn)狀隧洞穩(wěn)定，對隧洞洞頂120°范圍進行固結灌漿，固結灌漿深入巖體2 m，灌漿孔間距2 m布置一排，梅花形布置；采用I 12槽鋼進行支撐，槽鋼間距2 m，并對隧洞洞頂及側(cè)墻采用C30鋼筋混凝土襯砌，其中側(cè)墻及洞頂襯砌厚度0.20 m，洞底襯砌厚度0.10 m。

為防止隧洞上部坍塌形成空洞，同時保證原有拱圈與巖體之間結合，本次對洞頂120%范圍內(nèi)原有拱圈與巖體之間、新建襯砌與原有拱圈之間通過預留灌漿孔進行回填灌漿。

4.2.3 隧洞過流能力復核

本次對東干渠隧洞進行襯砌加固，襯砌后隧洞仍維持原有縱坡，隧洞斷面有所減小，經(jīng)計算水位抬高2-2.50 cm，通過分析對比，加固改造后，不影響沿線取水口正常取水。另外由于加固改造后隧洞清淤疏浚、全斷面防滲護砌，增加了安全輸水能力，降低了水滲漏，提高了水利用率及灌區(qū)灌溉效率，進而增加了農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)等，其改造的社會、經(jīng)濟效益顯著。

5 結論

①灌區(qū)在保證率P=50%的情況下玉馬水庫年入庫水量為4 180.60 萬m3，蒸發(fā)、滲漏量為353.03 萬m3，河道生態(tài)需水量為479.58 萬m3，年可供水量為3 347.99 萬m3；灌區(qū)遠期規(guī)劃水平年需水量2 440.32 萬m3；年余水量為907.59 萬m3。由此看出，設計保證率P=50%的年總來水量總體上可滿足項目用水需求。②對西一分干渠、東干渠進行清淤加固，加固改造后，不影響沿線取水口正常取水。另外由于加固改造后隧洞清淤疏浚、全斷面防滲護砌，增加了安全輸水能力，降低了水滲漏。