小中甸水利樞紐工程灌區(qū)供水設計方案研究

李中校，鮑學松

（1.云南省迪慶藏族自治州水務局水利工程建設管理站，674499，香格里拉；2.云南省迪慶藏族自治州小中甸水庫工程管理局，674499，香格里拉）

一、工程概況

小中甸水利樞紐工程位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉縣小中甸鎮(zhèn)，為碩多崗河流域綜合治理開發(fā)的控制性工程，是“一庫七級”梯級開發(fā)的上游龍頭水庫，工程規(guī)模為二等大（2）型水利樞紐工程，工程主要由主副壩（主壩最大壩高52.7m)、壩后式電站（裝機容量18MW）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。水庫總庫容1.548億m3；調節(jié)庫容1.273 億m3，防洪庫容0.193 億m3。

小中甸水利樞紐工程開發(fā)任務以發(fā)電、保護生態(tài)環(huán)境為主，結合防洪、灌溉和飲水安全等綜合利用，同時小中甸水利樞紐對下游各梯級電站有著不可替代的、顯著的調節(jié)補償效益，可以提高下游已建成的吉沙、螺絲灣和沖江河電站保證出力15.1MW，年增加發(fā)電量1 700萬kWh；下游7個梯級電站全部建成后可增加全梯級保證出力約58MW，年增加發(fā)電量9 000萬kWh。樞紐對改善下游各梯級電站豐、枯出力變化效益顯著，并可大大提高供電可靠性和供電質量。

二、灌區(qū)原設計方案

1.灌區(qū)概況

灌區(qū)位于壩址下約4.5 km的碩多崗河兩岸階地，共劃分為4個片區(qū)。壩下左岸由Ⅰ、Ⅱ級階地組成，Ⅱ級階地高程在3 194～3 230 m之間，為一號灌區(qū)；Ⅰ級階地在3 142～3 160 m之間，為二號灌區(qū)；壩下右岸亦由Ⅰ、Ⅱ級階地組成，其中Ⅰ級階地高程在3 136～3 162 m 之間，為三（1）號灌區(qū)；Ⅱ級階地高程在 3 163～3 212 m之間，為三（2）號灌區(qū)。總規(guī)劃灌區(qū)面積16 120 畝（15 畝=1 hm2，下同）。

表1 灌區(qū)明渠供水設計方案成果

灌區(qū)為典型的高原高寒地區(qū)，高山之間夾小塊平地的地形，田高水低。灌區(qū)大多為牧場或耕地，部分為灌木叢。灌區(qū)地表以下多分布有較厚的砂礫石層，透水性較強。樞紐上下游兩岸階地發(fā)育，階地一般寬1～2km，最寬處達2.5 km。區(qū)內土壤類型以草甸土、亞高山草甸土為主，土壤肥沃，有機質含量豐富，普遍達4%～5%，土層深厚，土壤pH值約為6.5～7，土壤質地疏松，結構良好，適宜青稞、馬鈴薯以及球根花卉的生長。

灌區(qū)規(guī)劃設計水平年確定為2020年，灌溉設計保證率取P=80%。本階段規(guī)劃設計灌區(qū)的灌溉面積為16 120畝，灌溉引水流量1.42 m3/s，裝機提水流量0.88 m3/s，提水單站裝機功率280 kW。

考慮到當?shù)氐耐翆咏Y構、渠道過流量等因素，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（成果見表1）。

2.灌區(qū)原設計方案分析

（1）原#1總干渠在水庫壩下游河道左岸取水，取水高程約3 161 m，灌區(qū)控制高程在3 165～3 122 m（由于灌區(qū)高程高于取水高程，需完全采用泵站提水后才能實現(xiàn)灌區(qū)灌溉，泵站設計提水揚程61m，電機功率450 kW；#1總干渠控制灌溉面積3900畝，設計輸水流量0.25 m3/s，總干渠全長7 537 m。

（2） 原#2、#3-1 總干渠在水庫壩下游河道建壩取水，取水點高程約3158m，灌區(qū)控制高程在3165m以下河道左右岸的農(nóng)田及草場，#2總干渠控制灌溉面積2346畝；總干渠全長5240 m，設計輸水流量0.31m3/s；#3-1總干渠控制灌溉面積4133畝，設計輸水流量0.41m3/s，總干渠全長7020m.

（3）原#3-2總干渠在在水庫壩下游河道右岸取水，取水高程約3 171 m，灌區(qū)控制高程在3 165～3 218 m，同樣存在由于灌區(qū)高程高于取水高程，需完全采用泵站提水后才能實現(xiàn)灌區(qū)灌溉；泵站設計提水揚程56 m，電機功率450 kW；總干渠控制灌溉面積5 741畝，設計輸水流量0.45 m3/s，總干渠全長7 537 m，沿右岸傍山布置，沖溝發(fā)育，沿途經(jīng)過多座深山。

現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，整個灌區(qū)設計總面積為1.612萬畝，采用漫灌形式灌溉，灌區(qū)高差達84 m（最高為3 222m，最低為3 138 m），明渠總長度達25 397 m。由于左右岸灌區(qū)均存在地質、地形條件較為復雜、沖溝發(fā)育等實際情況，采用明渠供水設計方案存在以下問題：

①設計方面：設計中未充分考慮結合建壩后抬高水位來減少一部分泵站提水揚程進行供水灌溉的問題，而是在壩下游約4.5km處原河道中分別建泵站、建壩進行灌區(qū)供水設計，未充分利用水頭；通過對本地區(qū)已建的供水明渠建后運行調查發(fā)現(xiàn)，對于高海拔寒冷地區(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，存在使用壽命相對較短、后期維修資金投入大等特點，水工建筑物存在設計標準要求高、施工質量控制要求嚴等具體問題，灌區(qū)規(guī)劃設計中存在供水建筑物數(shù)量多（跨河、跨機耕道、跨溝輸水渡槽）、渠道工程設計及施工難度增大等問題，同時受冰凍、嚴寒等氣候條件制約，混凝土設計需考慮抗凍標號等實際，導致工程投資增加；結合高原壩區(qū)灌區(qū)農(nóng)作物種植比例及實際用水情況，還存在部分灌區(qū)設計用水量偏大的情況，通過現(xiàn)場調查，目前由于地質及地形原因，灌區(qū)耕地都有2%～5%自然排水坡度，利于夏季排澇，沒有實際意義上水田，渠道利用率低，耕地不能用明渠進行漫灌，而是在旱季4—5月在農(nóng)作物播撒和經(jīng)濟作物移栽時用人工灑水澆灌。

②施工方面：供水明渠由于占線長、斷面大，存在工程永久占地大、工程征占地協(xié)調難度大、施工期受當?shù)貧夂虻南拗?、施工期較短等問題。

③建后管理：由于#1總干渠及原#3-2總干渠存在泵站提水灌溉情況，灌溉成本大大增加，渠道工程維修費用大；渠系建筑物較多(包括兩岸取水壩、抽水泵站、輸水渡槽、倒虹吸及分水、節(jié)制、退水等閘室)且位置分散，抽水泵站需要管理人員長期值守，管理難度增加；加之整個灌區(qū)地處高寒壩區(qū)，夏季（4—10月）為耕地，冬季（11月至次年 3月）為牧場，供水明渠建成后對灌區(qū)內牲畜出行帶來不便，影響灌區(qū)群眾生產(chǎn)生活；明渠施工對灌區(qū)植被破壞面積較大，由于氣候嚴寒，生態(tài)植被難以恢復。

3.灌區(qū)新設計方案

（1）將灌區(qū)明渠全部改為管道。為充分利用建壩后的水頭，灌區(qū)供水主管直接從壩后預留生態(tài)基流管取水（已在壩體預埋鋼管DN600 mm，流量為1.42 m3/s）,降低灌區(qū)提水高度（主要為#1總干渠控制灌溉面積3 900畝，#3-2總干渠控制灌溉面積2 296畝），并將原設計提水泵站取消，在管道上增設管道增壓泵，縮減泵站裝機（#1總干管管道增壓泵電機功率60kW，#3-2總干管管道增壓泵電機功率44kW），裝機較渠道方案減少796 kW，年提水動力成本減少約14.4萬元，工程年運行成本也相應降低。

（2）根據(jù)長期以來灌區(qū)居民的用水習慣、灌區(qū)土質、種植結構調整等情況，從節(jié)約利用水資源的角度出發(fā)，擬采用管道灌溉模式對灌區(qū)進行全面規(guī)劃調整，經(jīng)初步統(tǒng)計、復核后按節(jié)水灌溉方式（噴灌和滴灌）擬定灌區(qū)取水總量為1.02m3/s（與原明渠引水方案總引水流量減少0.4m3/s）。各灌區(qū)分片與原設計基本一致，控制灌溉面積略有調整。

具體設計優(yōu)化方案如下：從主壩壩后預留生態(tài)基流管引水，增加主管道DN600mm鋼管，管道長度約3200m，增加壩下游左岸灌溉面積1190畝，主管開口接支管，設計引用流量0.12m3/s；

#1總干管埋設與原干渠路線基本一致，取水初步估算流量為0.22m3/s，擬采用PE管埋設，在合適的位置增設管道增壓泵，保證水庫在最低水位時能保證灌區(qū)用水；#2、#3-1總干管埋設與原干渠路線基本一致，#2干管初步估算取水流量為0.14m3/s，#3-1干管初步估算取水流量為0.26m3/s，擬采用PE管埋設，在最枯季節(jié)可完全滿足自流灌溉；#3-2總干管埋設位置與原設計線路進行適當調整，灌溉面積略有減少，#2干管初步估算取水流量為0.28m3/s，但在水庫高水位時可將設置在管道沿線的蓄水池蓄滿進行供水，同時考慮在合適的位置增設管道增壓泵，保證水庫在最低水位時也能滿足灌區(qū)用水。

三、結 語

（1）明渠改為管道后灌區(qū)可實現(xiàn)以自流灌溉為主、提水灌溉為輔的方式，供水管線布置較為靈活、方便，輸水水量損失也大為降低，節(jié)水灌溉效益明顯。同時可在灌區(qū)合適位置布置相當容積的高位蓄水池，在水庫高水位時自流蓄滿，滿足灌區(qū)用水需求，一定程度上可緩解發(fā)電用水與灌溉用水的矛盾，區(qū)域水資源利用更為充分。

（2）明渠改為管道后，工程永久占地面積大大減少，降低征占地征用協(xié)調難度及補償費用，對生態(tài)環(huán)境影響減弱。

（3）#1總干管與#3-1總干管的管道增壓泵裝機容量大幅降低，水工建筑物數(shù)量相應減少，值守人員減少，建后管理及運行維護成本大大降低。

（4）灌區(qū)內的大小牲畜出行不受任何影響，建后日常管理難度降低。

（5）按同等價格進行投資分析比較后，直接工程費用增加426萬元，但工程總投資減少約758萬元，投資效益更為顯著。

[1]機電排灌設計手冊[M].北京:水利電力出版社，1982.

[2]湖南省水利水電勘測設計研究總院.云南省迪慶州小中甸水利樞紐灌區(qū)工程實施方案[R].2015.