趙鴻君
(陜西省涇惠渠灌溉中心,陜西 咸陽 713800)
灌溉供水渠道生長的水藻存在危害大、治理難度大等問題,隨著近年來社會各界對環(huán)境保護重視程度越來越高,特別是農(nóng)業(yè)灌溉及城鄉(xiāng)供水對水質(zhì)要求高,應(yīng)堅持新發(fā)展理念,堅持無污染無害化進行綜合治理。以陜西省直涇惠渠灌區(qū)南干渠為例,對近年來在運行管理中發(fā)生的水藻生產(chǎn)情況及危害進行分析,探討日常治理工作中方法和難點,綜合灌區(qū)水藻治理研究與實踐,提出治理對策。
涇惠渠南干渠建成于1932年,是涇惠渠灌區(qū)重要的灌溉輸水渠道之一,新中國成立后多次進行改擴建,目前南干渠系工程擔(dān)負(fù)著70萬畝農(nóng)田的灌溉輸水任務(wù)。渠道北起陜西省涇陽縣云陽鎮(zhèn)山西莊村山西莊分水閘,東南走向至涇陽縣永樂鎮(zhèn)北史村磨子橋分水閘,全長19.928 km,梯形斷面,設(shè)計比降為1/1 225~1/2 500,糙率n=0.017,設(shè)計流量23.5 m3/s,加大流量27 m3/s,有橋梁、跌水、水閘、斗門等建筑物76座,其中有渠道水力發(fā)電站一座(總裝機1 600 kW)。南干渠分布于北緯34°30′18″~34°36′56″,東經(jīng)108°41′38″~108°58′10″之間,灌溉著涇陽縣的云陽鎮(zhèn)、涇干鎮(zhèn)、中張鄉(xiāng)、永樂鎮(zhèn)的19.92萬畝農(nóng)田,同時擔(dān)負(fù)著向下一級渠道南一干渠、南二干渠的灌溉輸水任務(wù)(總灌溉面積50萬畝)。自上世紀(jì)六十年代南干渠部分渠段改造以后,至今已經(jīng)運行了五十余年。2000年以來,灌區(qū)利用世行貸款項目、續(xù)建配套與節(jié)水改造項目對南干渠分批分段進行了混凝土襯砌改造,襯砌率達到了100%,目前工程狀況總體較好。近兩年來,灌區(qū)多條干支渠道發(fā)生了生長水藻的情況,尤其是2022年4月-5月南干渠水藻生長最為嚴(yán)重。由于南干渠常年處于行水狀態(tài),渠道流量在15 m3/s左右,水藻生長于寬7 m的渠底,顏色為綠色,桿莖呈絲狀,長度可達1 m以上;渠道停水,水藻傾倒于渠底,高度(厚度)約20~30 cm;渠道行水中,水藻基本為傾向下游直立狀態(tài),高度達40 cm以上。
南干渠的水藻產(chǎn)生后,直接導(dǎo)致渠道過流能力嚴(yán)重下降,且長期處于高水位運行,一方面嚴(yán)重影響了灌區(qū)農(nóng)業(yè)抗旱灌溉、防汛及水力發(fā)電生產(chǎn),另一方面直接威脅渠道安全運行。
根據(jù)《水力學(xué)計算手冊》等有關(guān)規(guī)定,按明渠均勻流公式(1)計算。
Q=1/n×ω×R2/3×i1/2
(1)
式中:Q為渠道流量(m3/s);ω為過水?dāng)嗝婷娣e(m2);n為渠道糙率;R為渠道水力半徑(m);i為渠道比降。
各主要參數(shù)的計算公式如下所述:
(2)
(3)
Kr=r/H
(4)
(5)
經(jīng)推算,南干渠水藻生長后的渠道糙率達到0.021以上,較渠道設(shè)計糙率0.017增加了24%以上。由于渠道糙率的增大,水流速度減緩至1m/s左右,較設(shè)計流速1.45 m/s降低了30%左右。
由于渠底生長繁茂的水藻,渠道水流被雍高,過流面積減小。例如:2022年5月28日,南干渠的上一級渠道流量為12.94 m3/s,其他渠道未分流,扣除水量損失,在南干渠電站量水點處的流量應(yīng)為12.03 m3/s。但在該量水點觀測到渠道水位為1.88 m,根據(jù)水位流量表查算對應(yīng)的流量為19.275 m3/s;正常情況下該量水點處12.03 m3/s對應(yīng)的渠道水位應(yīng)為1.20 m,水位抬高了0.68 m。從而導(dǎo)致渠道過流能力減少,經(jīng)測算,減少了1/3。
春季氣溫回升塊,渠道水藻隨之快速生長,到4-5月間攀升到30℃及以上,此時灌區(qū)糧食等作物需水量大,抗旱灌溉生產(chǎn)任務(wù)重,而停水清除水藻時間周期長,延誤小麥等作物灌水關(guān)鍵期,必然導(dǎo)致糧食作物減產(chǎn),經(jīng)測算,南干渠渠系灌溉關(guān)鍵期停水一天,將導(dǎo)致冬小麥減產(chǎn)約2萬 kg以上;南干渠水力發(fā)電站停水一天,發(fā)電損失1.2萬元。
2022年春夏之交,南干渠渠道內(nèi)水藻瘋長,雍水阻水,水位不斷抬升,部分渠段水位至襯砌板頂以上,出現(xiàn)了漫溢、決口的安全隱患,渠道水質(zhì)也受到一定影響。對此,管理單位加強監(jiān)測,及時掌握水藻發(fā)展動態(tài),加大巡護力度,24 h巡查值守,制定應(yīng)急搶險預(yù)案,隨時搶險,盡力保障本級渠道及下游渠系灌溉用水需求。
針對南干渠生長水藻這一發(fā)生在灌區(qū)的新情況新問題,結(jié)合專家意見,一般采取非化學(xué)藥品、不使用除草劑等農(nóng)藥的方法,采用人工和機械相配合的方式進行水藻清理工作,避免渠道工程設(shè)施及水體受到污染,保障渠道沿線人民群眾生命、生物安全及渠道水質(zhì)安全。
在春灌結(jié)束后,管理單位首先利用各類泄、排水設(shè)施將渠道內(nèi)水排出渠外,比降較小、或有雍水的渠段用水泵抽排渠道積水。只有最大限度的排除渠道積水,才能有效的保證后續(xù)的清理作業(yè)。
南干渠渠底寬7 m多、混凝土底,便于挖掘機、裝載機、小型運行車輛在渠內(nèi)施工,因此,為加快進度、提高工作效率,管理單位在清理中不斷摸索創(chuàng)新工作方式,制作、選用專用清理工具,有效加快了水藻清理工作進度。同時組織人工對機械施工不到位、橋涵等處進行重點清理。經(jīng)過20余天時間的艱苦奮戰(zhàn),渠道水藻得到有效清除,南干渠變得通暢、整潔,達到了設(shè)計工況,安全隱患徹底消除。6月9日,南干渠及南干渠系統(tǒng)恢復(fù)抗旱渠放水,70余萬畝農(nóng)田夏灌工作緊張展開,為灌區(qū)夏玉米抗旱保苗贏得了寶貴的時間。因治理南干渠水藻,該渠道停水20 d時間,投入70余萬元,付出了較大的人力、物力和財力。
在渠道上設(shè)置固定的水質(zhì)、水藻的監(jiān)測點,監(jiān)測水質(zhì)、微生物的變化,水藻水生植物的種子的遷徙移動,對水藻的類型、生長過程、生物量和水藻分布特征等進行調(diào)查及分析;同時研究渠道水位、流速和光照等因素對水藻生長的影響程度,提出水藻治理方式方法的意見建議,為管理單位水藻治理工作提供科學(xué)的決策依據(jù)。
在每個灌溉供水期結(jié)束后,要對渠道的水藻、淤泥等進行徹底的清理。對水質(zhì)、水生態(tài)有嚴(yán)格要求的,應(yīng)當(dāng)采用人工、機械清理水藻,包括專用船只進行清理,雖然效率不高、花費大,但可避免污染渠道沿線水環(huán)境。對清理后的渠道渠底可鋪設(shè)一層3 cm左右的生石灰進行消殺,可有效清理清除附著于渠底的水藻、青苔的根莖,進一步鞏固清理成果。對水質(zhì)要求不嚴(yán)格的渠道,也可選用安全可靠的化學(xué)藥品進行清理。通過及時清理渠道水藻,有效改善渠道水質(zhì),減少渠道漫溢、決口等安全隱患和事故。
渠道行水期短的渠道,若天氣晴好、高溫的情況下,對渠道水藻進行暴曬,但須將渠道水排干、抽完,才能取得好的效果。經(jīng)過7 d左右的暴曬,水藻由綠色變成黃白色,直至枯死,然后予以清理。
灌溉供水渠道生長的水藻治理需要綜合施策,工程管理單位必須堅持以新發(fā)展理念為指導(dǎo),加強水質(zhì)、工程設(shè)施監(jiān)測與研究,不斷創(chuàng)新、拓展治理新技術(shù),及時治理水藻生長問題,保證渠道安全供水,滿足農(nóng)業(yè)灌溉及城鄉(xiāng)供水高質(zhì)量發(fā)展需求,保障國家糧食安全。