霞家河灌區續建配套與節水改造工程規劃與研究

闕鋼生

(湖北省廣水市水利勘察設計院 湖北廣水 432700)

1 工程概況

霞家河灌區位于湖北省廣水市東部,國土面積315.2km2,涉及 3個鄉鎮,總人口 21.5萬人,耕地面積 1130hm2,設計灌溉面積 5.2萬畝。工程1958年開始建設,1960年 12月建成。灌區是以一座中型水庫 (霞家河水庫)為主要水源,利用灌區內小型水庫、塘堰作調節,通過干渠相互溝通形成的長藤結瓜式灌溉系統。

霞家河水庫是一座多年調節中型水庫,承雨面積 37km2,總庫容 0.3448億 m3,興利庫容 0.2125億 m3,死庫容 0.0056億 m3。水庫樞紐工程由大壩、輸水隧洞、溢洪道、城鎮供水管、灌溉渠道等配套工程組成。灌溉渠道分為四級:干渠、支渠、斗渠、農渠。斗渠以上渠道全長 454.10km,其中:總干渠1條,長 25.81km;分干渠 3條,長 43.2km;支渠 7條,長 38.2km;斗渠以上建筑物 460處。

灌區內有小型水庫 36座,塘堰 0.652萬口,承雨面積 129.3km2,總庫容 2763.5萬 m3,興利庫容 1893.2萬 m3,死庫容 870.3萬 m3。

2 存在主要問題

(1)灌區工程布局不合理。灌區蓄水工程上游多下游少、配套建筑物主干渠多其他渠系少,與區域內經濟發展和生產力布局呈逆向分布,水資源供需矛盾十分突出,有以下特點:灌區上游水資源豐富,但人口和耕地面積較少,需水量僅占全灌區21%,灌區下游水資源貧乏,人口和耕地面積卻較多,需水量占全灌區 79%,同時,由于灌區渠系工程不配套,導致灌區上游、下游不能有效溝通連接,區內水資源之間聯合調度困難,嚴重影響工程效益的發揮。據 2008年調查統計,灌區有效灌溉面積日益減少,灌溉面積由原來的 5.2萬畝減少到現在的 4.6萬畝,縮減面積占總灌溉面積的11.5%。

(2)現有的工程老化失修嚴重:①渠道淤塞、沖刷嚴重。全灌區現有渠道淤積平均深度 22cm,總干渠上最大淤積深度達 1.2m,經測算,整個灌區淤塞量已 10.3萬 m3;被沖刷的渠道長度累計有63.2km,沖刷最大深度達 0.8m;渠道滲漏量大,渠道襯砌率不足 1%;深挖方土渠、臺渠段渠岸崩塌多,現有滑坡、崩塌地段 21處。②水工建筑物老損失修。根據對灌區總干渠及 7條支渠的調查統計,所建各類建筑物 460處,有 406處為病險建筑物,占總數的 88.2%,其中:有 213處建筑物帶病運行,占總數的 45.4%,有 105處建筑物及設備損壞失效,占總數的 22.3%。

(3)灌區需水結構發生根本變化。十一屆三中全會以后,隨著灌區鄉鎮工業生產規模不斷擴大,小城鎮和新農村的發展,以及農業種植結構的調整,工業、城鄉生活用水量逐年在增加,農業灌溉用水量逐年在減少。如:灌區城鎮工業、生活日供水量比 1990年以前增大 4倍,由過去的日供水量 0.25萬 t增加到現在的 1.00萬 t,而農業灌溉的用水量比過去減少 36%。因此,隨著灌區需水結構變化,原有的工程規劃設計已不能滿足社會發展需要。

(4)灌區綜合管理能力亟待提高。目前,灌區尚未形成統一、權威的供水體系,在管理上呈各部門條塊分割多龍管水局面。灌區管理沒有按水利部要求進行改革,灌溉受益鄉鎮、村、組和供水支渠、直灌口未組建 “農民用水者協會”。水資源計量和工農業用水計收管理工作薄弱。灌區管理手段粗放原始。由于存在上述綜合管理能力問題,影響了灌區水資源合理利用和調配。

3 工程規劃

3.1 規劃的指導思想及目標

指導思想:以骨干水利工程即中型水庫干渠續建配套與節水改造為主,兼顧其他灌溉效益明顯的工程維修改造,以現有水源工程和灌區工程為基礎,增建灌區下游水利設施,提高各區域間水資源聯合運行水平。同時,利用民營資本對灌區內小型水庫和塘堰進行除險加固,增強灌區內蓄水、保水能力,形成一個水資源分配和利用更加合理,工程完善、效益顯著的新灌區。

目標:實現提高灌區渠道水利用系數,由0.40增加到 0.65,實現改善灌溉面積 1.40萬畝,恢復萎縮的灌溉面積 0.60萬畝,實現城鄉工業生產、居民生活日供水量由 1.00萬 t提高到 2.50萬t的總體目標。

3.2 工程規劃

3.2.1 霞家河水庫工程

(1)主干渠道工程。對霞家河水庫主干渠工程進行續建配套,其中:防滲襯砌主干渠長25.81km,整險加固渡槽 3處,配套、整修水閘 20座,新建量水設施 3處,直灌口改造配套 83處,農橋、人行橋改造配套 52座。

(2)主干渠以下渠系工程。為了保證整個灌溉系統相互聯結串通,上游、下游水資源聯合運行,增加有效灌溉,擬在灌區下游新修干渠、支渠10條,長 16.30km,同時配套興建 86處建筑物。

(3)農村飲水安全工程。由于境內的河水污染嚴重,灌區的廣水、武勝關、楊寨、李店 4個鄉鎮 18.60萬人存在飲水安全問題。為了改善貧困落后鄉鎮群眾飲水衛生條件,實現農村飲水安全的目標,計劃在霞家河干渠渠首處,興建集中供水工程2處,設計日供水量達 2.50萬 t,鋪設自來水管線2條,干管、支管線長 80.6km,管網延伸到灌區鄉鎮的各個村組。

3.2.2 小型水庫工程

對灌區內 15座小型病險水庫進行除險加固處理,消除工程隱患,充分發揮蓄水灌溉效益,同時,整修小型水庫灌溉渠道 61.30 km,保證小水庫與中型水庫水源之間聯通,實現聯合供水的目標。

3.2.3 塘堰工程

為了充分攔截地面徑流,計劃在武勝關、楊寨、李店 3個鄉鎮開挖、整修當家塘堰 1506口,增加蓄水 636萬 m3,實現自流灌溉、旱澇保收。

4 工程可行性研究

4.1 灌區水量供需平衡分析

4.1.1 灌區需水量分析

(1)農業需水量分析。農業灌溉需水量的計算,先采用彭曼法計算各種作物的灌溉制度和凈灌溉定額,然后計算逐旬的凈灌溉需水過程,分年累加得到逐年的農業凈灌溉需水量,然后經過長系列計算后,進行排頻分析,求出設計頻率的農業灌溉需水量。

(2)城鎮工業、生活需水量分析。城鎮生活需水量采用定額法,用水定額根據 《廣水水資源規劃報告》擬定的綜合用水定額采用 208L/(d?人);城鎮工業需水量采用定額法,經過對不同的企業用水調查,并參照有關的規范和相關工程的經驗,綜合分析用水定額按萬元產值需水量為 152m3來計算。

(3)農村人畜飲水量分析。農村人畜飲水采用定額法進行計算,現狀農村居民生活用水定額為60L/d,豬、牛為 30L/d,項目建成后農村居民生活用水定額為 80L/d,豬、牛為 30L/d。

(4)灌區需水量分析。將農業、工業、農村人畜飲水的需水量按不同的設計水平年進行疊加,計算出霞家河灌區不同水平年總需水量,詳見表1。

表 1 霞家河灌區不同水平年總需水量 單位:萬m3

4.1.2 灌區可供水量分析

灌區可供水量主要來源于工程蓄水,包括一座中型水庫和灌區內的小型水庫、河壩、塘堰等。

(1)中型水庫供水能力計算。霞家河水庫是一座以灌溉為主的多年調節中型水庫,其供水能力按年實際供水量進行排頻計算,從而定出不同水平年在不同保證率情況下本水庫的可供水量,采用長系列調節計算方法,即利用 1968～1998年共 31年的水文、氣象、灌溉用水等資料歷年逐月進行調算。

(2)小型水庫供水能力計算。灌區的 36座小(1)型、小 (2)型水庫,按實際統計合并為“大”的小水庫。長系列計算時第一年起調庫容為30%興利庫容加上相應的死庫容,水庫年蒸發滲漏損失按總庫容的 10%計算。

(3)塘堰供水能力計算。全灌區塘堰 0.652萬口,據典型調查平均每口塘堰來水面積0.015km2,灌溉面積 5～6畝,容積 2000m3,塘堰有效容積按 1400m3計算。各灌溉計算片的塘堰,先概化成一個 “大塘”,根據塘堰的供水要求,逐月進行水量平衡計算,求得供水及其供水過程,與灌溉保證率同頻率的塘堰凈供水量。

(4)提水工程供水能力計算。灌區共有大小泵站 20處,水源來自廣水河,在 50%水平年條件下,各灌溉泵站可以開機取水,當干旱程度達到75%時,河道內的灌溉泵站可以發揮 50%的提水能力,其他泵站不能正常工作。

(5)灌區供水量分析。灌區供水量分析成果見表 2。

表 2 霞家河灌區不同水平年總供水量 單位:萬m3

4.1.3 灌區水量供需平衡分析

灌區水量平衡計算,是以降雨徑流、灌區內各種水利設施供水能力、灌溉用水量及水量調配方式為依據。通過計算確定灌區各種水利工程聯合運用,對農作物需水過程的滿足程度,即供水、需水、余水、缺水過程,進而確定灌溉保證率,計算成果見表 3。

調節計算成果表明:灌區節水續建配套后,灌區在 75%水平年能滿足供水需求,灌區在 90%水平年不能滿足供水需求,缺水 297萬 m3。

4.2 霞家河總干渠過水能力分析

(1)設計流量復核。通過調查分析霞家河灌區與黑花飛灌區 (廣水市大型灌區)相似,因此灌區設計凈灌水模數采用黑花飛灌區設計灌水模數q凈=0.532m3/(s?萬畝),灌溉水利用系數 0.65,經計算得霞家河干渠設計流量為 5.80m3/s。

(2)干渠設計斷面及過水能力分析。灌區干渠均采用梯形斷面設計,經計算各段渠道實際過流能力均大于設計流量,滿足設計要求,成果見表4。

4.3 工程環境影響評價及土壤流失防治

霞家河灌區續建配套與節水改造工程實施后,該工程防洪標準、灌水系數得到提高,可減輕洪災造成的損失及對生態環境的破壞。對保護人民生命財產安全,保護區社會穩定,促進經濟發展等方面具有巨大的作用,該工程是利國利民的水利工程,也是重大改善環境工程。

表 3 霞家河灌區水量平衡匯總 單位:萬m3

表 4 霞家河灌區干渠設計斷面及過水能力復核

工程的不利影響主要是施工對施工區水質、環境空氣質量、聲環境、土地資源的影響,無影響工程實施的制約因素。采取相應的環保、水保措施,落實環保、水保專項經費,環境、水土保護目標可以實現。

4.4 工程費用估算及效益分析

4.4.1 工程費用估算

霞家河灌區續建配套節水改造工程總投資2994.86萬元,其中:建筑工程費 2210.84萬元,機電設備及安裝工程費 39.05萬元,金屬結構及安裝工程費 104.85萬元,施工臨時工程費 106.76萬元,基本預備費 269.94萬元,環保費 13.65萬元,水保費 11.81萬元。主要工程量:土石方明挖96913m3,土石方回填 15483m3,漿砌塊石42692m3,混凝土 12173m3,模板 20320m2。

4.4.2 項目效益及經濟評價

(1)項目效益。項目實施后,可恢復灌溉面積 0.6萬畝,改善灌溉面積 1.4萬畝,年增產稻谷288萬 kg,效益 432萬元,增加工業產值 320萬元,解決了 2.3萬人農村安全飲水問題。同時,項目建成后,提高了渠系水利用系數,節約農業灌水量,對廣水城區工農業生產和社會的和諧穩定有很重要的意義,有明顯的社會效益和生態環境效益。

(2)經濟評價。經計算,主要國民經濟評價指標如下:經濟內部收益率 9.82%;經濟凈現值760.8萬元;經濟效益費用比 1.25。該項目經濟內部收益率大于社會折現率,經濟凈現值大于零,經濟效益費用比大于 1.0,因此該項目在經濟上是合理的。