王石灌區(qū)節(jié)水改造方案比選及實施效果研究

張 亮

(遼寧省綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 綏中 125205)

1 灌區(qū)概況

1.1 基本情況

王石灌區(qū)位于葫蘆島市綏中縣境內(nèi)，灌區(qū)內(nèi)河流的徑流大部分由天然降雨形成，小河流多為季節(jié)性河流。徑流量在年內(nèi)及年際變化較大。灌區(qū)內(nèi)有六股河、王寶河、貓眼河、狗河、石河5條面積超過100km2的河流。多年平均過境水量為3.216 億m3，區(qū)內(nèi)多年平均徑流量1.384 億m3，多年平均總徑流量為4.6 億m3。

王石灌區(qū)總耕地面積2.68萬hm2，設(shè)計灌溉2.08萬hm2，實際灌溉1.4 萬hm2，其中水田2667hm2，麥田1333hm2，菜田1667hm2，玉米7333hm2，其它糧食作物1000hm2。全灌區(qū)水源工程現(xiàn)有大風(fēng)口、龍屯兩座大（2）型水庫，攔河引水工程有六股河、狼洞子、大官、長江、古塔、新開河、程家、選將、前朱共9 處。渠系工程現(xiàn)有總干渠2 條長53.9km，建筑物254 座，已襯砌長度7.9km；干渠17 條長113.94km，建筑物422 座，已襯砌長度16.88km；支渠57 條長114.5km，建筑物1142 座。

1.2 灌區(qū)現(xiàn)狀

王石灌區(qū)以六股河和大官攔河引水、大風(fēng)口、龍屯兩座大（2）型水庫為骨干水源工程，灌區(qū)內(nèi)7 處小型攔河引水工程為輔助水源工程。充分利用過境水量、區(qū)內(nèi)徑流量、灌區(qū)回歸水量，初步形成了能夠跨流域調(diào)水，梯級開發(fā)綜合利用的供水網(wǎng)絡(luò)。

王石灌區(qū)建成于1978 年底基本竣工，當(dāng)時由于資金不足和社會因素的影響，工程設(shè)計標準較低，尾工大。如龍屯總干渠工程質(zhì)量低劣，有些渠段不能正常使用，支渠及以下工程配套差，大部分輸水渠道位于丘陵區(qū)，環(huán)山布設(shè)，土質(zhì)為風(fēng)化巖及砂壤土，滲漏嚴重，輸水損失非常驚人。渠系建筑物經(jīng)過多年運用，工程老化，破損嚴重，進出口沉陷，主體裂紋，個別建筑物帶病運行，對灌區(qū)運行極為不利。

早期曾對該灌區(qū)進行維修改造，使大部分渠道能正常供水，后期又投入部分資金用于建筑物維修和重要區(qū)段的防滲處理，因資金有限，不能徹底解決渠道滲漏和建筑物老化等一系列問題。例如，因渠系工程不配套，致使大部分土地不能灌溉，并造成水資源的嚴重浪費。另外，為滿足7333hm2玉米的農(nóng)業(yè)灌溉要求，每年灌區(qū)內(nèi)要提3000 萬m3地下水，占可開采量的80%，造成部分地區(qū)地下水位下降，原來用的離心泵不得不改用深井泵，況且渠系及建筑物受占地、地質(zhì)、地形等多因素制約，年久失修，傳統(tǒng)的單灌單排方式，工程永久占地面積大且交叉建筑物數(shù)量多，投資成本高。農(nóng)田灌溉無法充分利用區(qū)間地表水，農(nóng)戶分攤渠首運行費較多，農(nóng)戶接受程度低。因此，必須徹底改變這種不合理的運行方式和渠系灌水狀況[1-3]。

2 灌區(qū)節(jié)水改造方案比選

2.1 渠線布置方式

通過調(diào)查分析及現(xiàn)場實地勘測，現(xiàn)有干支渠比較規(guī)整且布置合理?？紤]到在已有渠道上改建存在一定難度，加之部分渠系已沖刷破壞、灌溉與施工矛盾等因素，比較分析兩條渠線方案，如表1所示。

表1 渠線布置方案

方案①：保持原有布置不變，對渠線實施改造；方案②新選一條渠線緊鄰原渠線一側(cè)，施工導(dǎo)流選用原渠道，舊渠堤一側(cè)被新舊渠線共用。

經(jīng)長期運行，現(xiàn)有渠道整體非常穩(wěn)定，并且農(nóng)田高程、下級渠道和渠系建筑物的底高程已定，渠線布置合理可以滿足實際灌溉需求，渠線兩側(cè)的條田、林帶和巡渠的道路已形成，重新改線則很難實現(xiàn)土地資源的高效利用，具體的實施難度也較高。因此，本次干支渠改建工程建議選擇方案①：在原渠基上實施襯砌防滲、清淤、整治和改建。

2.2 渠道斷面型式

目前，大中型渠道主要有梯形斷面弧底梯形及弧形坡腳、梯形斷面3 種橫斷面型式?？紤]到梯形斷面渠道的水流條件與梯形斷面弧形坡腳渠道相差不大，但坡腳處施工難度較大且施工放線不易，一般具有較高的施工質(zhì)量要求，故本次設(shè)計可比選分析弧底梯形斷面和梯形斷面兩種渠道橫斷面，具體如下：

1）弧底梯形斷面具有較高的施工質(zhì)量要求，施工難度也高于梯形斷面，渠底泥沙較為集中易出現(xiàn)集中磨損的問題，但渠底抗凍脹性能優(yōu)于梯形斷面。

2）梯形斷面渠底泥沙分散，施工簡單，可以有效防止底板集中磨損現(xiàn)象的出現(xiàn)，渠道流量較小時坡腳處易產(chǎn)生淤積，其抗凍脹性能稍差。

根據(jù)實際運行情況，雖然引水沉沙設(shè)施布設(shè)于渠道首段樞紐處，但考慮到屬于傍山渠道的實際情況，沿渠泥沙進入渠道，泥沙在一定程度上磨損渠底，使得渠底使用年限明顯減少，雖然弧底的抗凍脹效果優(yōu)于平渠底，但利用砂礫石換填后能夠有效解決平渠底抗凍脹問題[4-6]。

總體而言，弧底梯形渠道受水流攜帶的泥沙磨損作用，渠底產(chǎn)生一定破壞，渠道使用年限大大縮短，這種渠系斷面的施工難度也較高，故推薦選用梯形斷面作為渠道橫斷面型式。

2.3 斷面襯砌方案

對于基本渠道斷面等不選用復(fù)合土工膜防滲的渠道，設(shè)計同一流量參數(shù)、同一縱坡進行方案比選，如表2 所示。

表2 渠道襯砌方案

方案①：C20 預(yù)制板襯砌，板下鋪設(shè)砂礫石墊層厚40cm，邊坡比1:1.5，邊坡選用厚5cm 的C20預(yù)制板。方案②：C20 現(xiàn)澆混凝土板襯砌，板下鋪設(shè)砂礫石墊層厚度40cm，邊坡比1:1.5，底板和邊板厚均為12cm，全斷面防滲襯砌；方案③：C20細石混凝土襯砌，砂礫石墊層厚40cm，邊坡比1:1.5，砌石厚度30cm，全斷面防護襯砌。

從投資成本、運行效果、抗凍脹性能、質(zhì)量控制、施工期和建筑材料等角度，對比分析以上3 個方案。結(jié)果顯示，方案①的防滲效果一般，人工費用高，很難保證砌筑質(zhì)量且工期較長；方案②具有投資較少、抗?jié)B抗沖性好、草綠地、施工方便、原材料充足、所需工期短等優(yōu)點；方案③具有可提前預(yù)支、施工方便、糙率小、縮短空氣、原材料充足等優(yōu)點，但其板縫多，具有抗沖能力和防滲效果較差等特點?？傮w而言，考慮到渠系水流流速和渠道縱坡較大的實際情況，本次渠系改造工程推薦選用方案②的襯砌型式，即C20 現(xiàn)澆混凝土襯砌。

3 灌區(qū)節(jié)水改造實施效果

3.1 提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值和生產(chǎn)力

工程實施后給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來了顯著的經(jīng)濟效益，農(nóng)作物種植面積3535.33hm2，主要有油料、豆類、冬小麥、水稻、甜菜等農(nóng)作物。其中，油料增產(chǎn)800kg/hm2，豆類增產(chǎn)650kg/hm2，小麥增產(chǎn)1300kg/hm2，總增產(chǎn)量達到3463.24t，總增產(chǎn)值達到1862 萬元，分攤系數(shù)取0.36 則灌溉效益達到671 萬元，如表3 所示。

表3 新增農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值

3.2 改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件

通過建設(shè)實施以水利為重點的干支渠及其渠系建筑物等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，維修改造灌區(qū)內(nèi)骨干工程和田間工程，恢復(fù)工程灌排標準，完善節(jié)水設(shè)施與配套工程，改造后的渠系用水效率從原來的0.52明顯提高到當(dāng)前的0.68，有效解決了灌區(qū)內(nèi)用水短缺的問題，大幅度增加的有效利用水量可用于恢復(fù)棄耕地和改良中低產(chǎn)田，實現(xiàn)灌區(qū)的持續(xù)運行和長效發(fā)展。

3.3 生態(tài)和社會效益

灌區(qū)節(jié)水改造后，為改善局地氣候和促進生物量的增長提供了有利條件，耕地的實時適量灌溉勢必會改良土壤類型，更好地促進農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展；此外，項目實施后有效保證了灌溉水量，為逐步實施其他資金規(guī)劃的水保項目提供保障，加強林網(wǎng)和人工草場的建設(shè)，防風(fēng)固沙，大大提高植被覆蓋度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量，加快形成灌區(qū)林、農(nóng)、漁、牧協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。

王石灌區(qū)屬于畜牧產(chǎn)品及糧油生產(chǎn)基地，通過節(jié)水改造有利于減輕鄉(xiāng)、鎮(zhèn)和社會壓力，提高農(nóng)民經(jīng)濟收入，更好地維持社會穩(wěn)定；通過對農(nóng)田水利設(shè)施的進一步完善，有效解決了灌區(qū)內(nèi)交通設(shè)施差、渠系灌排滲漏等問題；通過綜合整治中低產(chǎn)田、荒地、林草和水域等，使當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件及生態(tài)環(huán)境明顯改善，大大提升了耕地質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，對增強農(nóng)業(yè)發(fā)展后勁以及保證耕地總量動態(tài)平衡以及加快推進土地整治工作等具有模范示范作用。

4 結(jié)論

本文比選了灌區(qū)襯砌方式、斷面型式和曲線布置方案，最終選擇使用C20 現(xiàn)澆混凝土板襯砌、梯形斷面型式、維持現(xiàn)有渠線布置的改造方案。灌區(qū)改造后，總增產(chǎn)量達到3463.24t，總增產(chǎn)值達到1862 萬元，灌溉效益達到671 萬元，達到了增產(chǎn)增收和改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、生態(tài)環(huán)境的目的。