基于洪山泉域保護(hù)的灌區(qū)節(jié)水配套改造措施

趙麗萍

（榆次區(qū)水利發(fā)展中心，山西 榆次 030600）

1 工程概況

洪山泉位于距山西省介休市城區(qū)10 km 的洪山鎮(zhèn)附近，出露于太岳山北端西麓與太原盆地交界處，自古以來是一個(gè)流量穩(wěn)定、水流集中、水質(zhì)良好、環(huán)境優(yōu)美的自流涌泉。洪山泉域不僅是介休市最重要的水源地，也是晉中具有歷史人文及旅游價(jià)值的寶地。依托洪山泉，1949 年成立了洪山灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉面積0.83 萬hm2，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。洪山泉1955—1995 年系列年均流量1.25 m3/s，從1998 年開始泉水急劇衰減，2005 年僅有0.12 m3/s，2012 年降為0.01 m3/s，2013 年干枯，隨著洪山泉的衰減，如今洪山灌區(qū)已無水可用。

泉水流量急劇衰減的原因：一是洪山泉是太原斷陷盆地邊緣的斷層溢流泉，其北邊界為霍山北緣大斷裂，沿?cái)嗔褞r溶水的傳導(dǎo)性極大，在此帶上打井或開鑿礦井，造成水壓釋放，降低水頭；二是泉域補(bǔ)給區(qū)龍鳳河上游地區(qū)礦井泛濫，采煤大大減少了對(duì)巖溶地下水的補(bǔ)給量；三是降雨量減少，本世紀(jì)比上世紀(jì)年均減少13%，使巖溶地下水入滲補(bǔ)給量減少，2019 年降雨量更是減少了40%。

2 工程修復(fù)

為加強(qiáng)洪山泉域水資源保護(hù)，恢復(fù)洪山灌區(qū)灌溉條件，提高灌區(qū)農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)，實(shí)施洪山灌區(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目。目前受可供水量限制，灌區(qū)可利用客水量423 萬m3，僅能保障0.1 萬hm2耕地的灌溉，本工程的實(shí)施作為泉域保護(hù)第一步，后續(xù)會(huì)繼續(xù)開發(fā)新水源，緩解地下水開采壓力。

2.1 工程水源

2.1.1 利用大水網(wǎng)解決地域性缺水問題

項(xiàng)目每年利用大水網(wǎng)東山供水工程農(nóng)業(yè)水量355萬m3，破解洪山區(qū)域水資源短缺瓶頸，給洪山灌區(qū)灌溉提供水源。為推動(dòng)當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)型發(fā)展、有效解決人民群眾工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題、保障和改善民生提供基本保障。

2.1.2 高效利用煤礦排水減少水資源浪費(fèi)

煤礦是介休市的主要產(chǎn)業(yè)，但對(duì)洪山泉域破壞也是嚴(yán)重的，充分利用煤礦排水，給灌溉期農(nóng)業(yè)灌溉，非灌溉期工業(yè)供水提供水源，既盤活了采煤棄水資源，又有效利用洪山泉域地下水資源，遏制了水資源浪費(fèi)問題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)良性循環(huán)。

2.1.3 實(shí)現(xiàn)降雨補(bǔ)給與泉域水循環(huán)

科學(xué)調(diào)度充分利用項(xiàng)目調(diào)蓄庫西湖龍水庫，攔蓄雨洪資源，改善當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境，打通地下水入滲補(bǔ)給洪山泉域通道，提供生態(tài)用水，涵養(yǎng)植被與地下水源。通過農(nóng)田灌溉補(bǔ)給洪山泉域，據(jù)計(jì)算本項(xiàng)目每年可補(bǔ)充地下水21 萬m3。

2.2 總體布置

項(xiàng)目以東山供水和煤礦排水為水源，其中洪山灌區(qū)屬于東山供水工程受水區(qū)，項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)配水量為355 萬m3，煤礦排水為介休市左則溝煤礦排水，通過實(shí)測(cè)，年可利用量為68 萬m3，總可供水量為423 萬m3。

引水路線為從東山供水管線取水點(diǎn)和煤礦排水點(diǎn)，分別鋪設(shè)引水管道至西湖龍水庫和洪山灌區(qū)管理處蓄水池。供水路線一是西湖龍水庫自壓將水引至受益村，二是蓄水池水一部分自流灌溉，一部分泵站提至洪山源神池內(nèi)，通過原干渠自流至受益村。

3 管道布置

3.1 干管布置

3.1.1 東山供水引水管布置

東山供水引水管線設(shè)計(jì)直徑為315 PVC 管（675 m）和直徑為500 球墨鑄鐵管（1 443 m），從西湖龍水庫上游段東山供水管道取水口，引水至西湖龍水庫和洪山灌區(qū)管理處院內(nèi)（磨溝村）新建4 000 m3蓄水池，總長(zhǎng)2 118 m。

3.1.2 煤礦排水引水管布置

煤礦排水引水管設(shè)計(jì)為DN400 和DN300 球墨鑄鐵管，從介休市左則溝煤礦排水水源點(diǎn)通過壓力管道沿X923 公路和樊王河河床鋪設(shè)引水管道引水至西湖龍水庫和洪山灌區(qū)管理處院內(nèi)（磨溝村）新建3 000 m3蓄水池。煤礦排水引水管道總長(zhǎng)9 342 m，分兩條管段，其中一條從煤礦1 采區(qū)連接沿樊王河河床鋪設(shè)至磨溝供水站，一條從煤礦2 采區(qū)連接沿X923 公路鋪設(shè)至西湖龍水庫，在樊王河橋坐標(biāo)進(jìn)行相互貫通，起點(diǎn)水源相互調(diào)節(jié)。

3.1.3 磨溝供水站、西湖龍水庫連通管道布置

磨溝供水站、西湖龍水庫連通管道設(shè)計(jì)直徑為315PVC 管，從磨溝供水站3 000 m3蓄水池至西湖龍水庫，用于調(diào)節(jié)水量和灌溉連福鎮(zhèn)連福村和迎遠(yuǎn)堡村，總長(zhǎng)為1 443 m。

3.1.4 磨溝提水管線布置

磨溝提水管DN300 球墨鑄鐵管從新建4 000 m3蓄水池將水提至洪山源神池內(nèi)，通過原渠道自流灌溉洪山鎮(zhèn)洪山村和磨溝村，管線總長(zhǎng)為3 575 m。

3.2 支管布置

支管布置為樹狀管網(wǎng)，管網(wǎng)運(yùn)行采取干管續(xù)灌、田間地埋支管輪灌的工作制度，每條干管上一次打開4～5 根地埋支管，每條支管上一次打開1～4 個(gè)給水栓。管徑計(jì)算公式如下：

式中：D——管道直徑，mm；

Q——設(shè)計(jì)流量，m3/s；

v——設(shè)計(jì)流速，m/s，取1.8 m/s。

經(jīng)計(jì)算，支管采用DN160PVC、DN200PVC 和DN250 PVC 管，壓力等級(jí)0.63 MPa。

3.3 水力計(jì)算

局部水頭損失按沿程水頭損失的10%計(jì)算，按各管段過流量分別選用計(jì)算流量。管道的水頭損失按下列公式計(jì)算：

根據(jù)RSSI-Pb關(guān)系模型，使幀內(nèi)編碼RS碼的編碼率能夠根據(jù)鏈路的接收信號(hào)強(qiáng)度RSSI的變化而動(dòng)態(tài)變化，從而減少幀內(nèi)編碼冗余，增加吞吐率.

式中：h——管道水頭損失，m；

hf——管道沿程水頭損失，m；

hj——管道局部水頭損失，取沿程損失的10%，m；

Q——流量，m3/h；

D——管道內(nèi)徑，mm；

f——摩阻系數(shù)，球墨鑄鐵管取6.25×105，PVC-U管取0.948×105；

m——流量指數(shù)，球墨鑄鐵管取1.9，PVC-U 管取1.77；

L——管道長(zhǎng)度，m。

水力計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

表1 支管流量計(jì)算表

表2 支管管網(wǎng)流量、管徑、損失及工作壓力

4 蓄水池設(shè)計(jì)

根據(jù)煤礦排水量及灌區(qū)地理?xiàng)l件和工農(nóng)業(yè)用水的周期性，新建3 000 m3調(diào)節(jié)蓄水池一座，主要調(diào)蓄儲(chǔ)存煤礦排水，在灌溉期利用和西湖龍水庫連通，灌溉連福村和迎遠(yuǎn)堡兩個(gè)村的耕地，在非灌溉期經(jīng)水處理系統(tǒng)凈化后用于工業(yè)用水，收取的工業(yè)水費(fèi)用于工程運(yùn)行維護(hù)管理，達(dá)到以水養(yǎng)水的目的。

為確保提水泵站在灌溉期長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，設(shè)計(jì)新建4 000 m3調(diào)節(jié)蓄水池1 座，用于調(diào)蓄東山供水，利用提水泵站提水至洪山源神池內(nèi)，再利用洪山灌區(qū)原有的渠道灌溉洪山村和磨溝兩個(gè)村的耕地。

兩座蓄水池采用全埋式，池沿高出地面30 cm，池身采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度C25，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為S6，池內(nèi)采用1∶2 水泥砂漿抹面。池壁施工縫設(shè)在地板與池壁連接的斜托上部和池壁與頂板連接的斜托下部，溢流口設(shè)置在池壁的正常蓄水位處，并修建溢洪渠。池底應(yīng)進(jìn)行分層夯實(shí)，夯實(shí)平整后，池底采用C20 混凝土現(xiàn)澆，厚度10 cm。

根據(jù)受益區(qū)面積計(jì)算，提水泵站設(shè)計(jì)流量為216m3/h，本地水源煤礦排水平均流量為182.84 m3/h。

5 結(jié)語

通過項(xiàng)目建設(shè)，恢復(fù)改善灌溉面積0.1 萬hm2，灌溉水利用效率從0.45 提高到0.8，年節(jié)約灌溉用水75 萬m3，節(jié)水效益37.5 萬元，新增糧食產(chǎn)能2 400 t，年增收入420 萬元。同時(shí)節(jié)省了灌溉用工，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和集約化程度，平均每畝每次可省1 個(gè)工時(shí)，年灌水按5 次計(jì)算，年省工效益為112.5 萬元。該項(xiàng)目的實(shí)施改善了洪山灌區(qū)水資源緊缺狀況，具有農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水、生態(tài)用水和地下水補(bǔ)償四大功效，實(shí)現(xiàn)了山西大水網(wǎng)東山供水工程效益擴(kuò)大化。