定惠渠灌區(qū)高效節(jié)水方案探析

姜世東

（橫山縣定惠渠管理處 陜西 橫山 719112）

1 概況

位于榆林市中南部無定河上中游的橫山縣定惠渠灌區(qū)始建于1943年，是陜北地區(qū)最大的自流灌區(qū)，為中型灌區(qū)。渠首位于橫山縣白界鄉(xiāng)趙石窯村的無定河干流上，設(shè)計(jì)流量7.0m3/s，自流引灌橫山、榆陽、米脂三縣區(qū)無定河兩岸的川臺(tái)地，原設(shè)施灌溉面積4.5萬畝，有效灌溉面積3.8萬畝。灌區(qū)屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬長夏短，日溫差較大，春季多風(fēng)沙，多年平均降雨量400mm，其中7月～9月降水量占全年降水量的74.3%，年蒸發(fā)量2000mm～2500mm。多年平均相對(duì)濕度54%，無霜期163天，最大凍土深度129cm。

定惠渠渠首為有壩側(cè)向引水，樞紐由攔河壩、引水隧洞組成。現(xiàn)有各種建筑物511座，主要包括：漿砌石溢流壩（96m），引水隧洞（311.3m），進(jìn)水閘、沖砂閘以及倒虹、渡槽、排洪橋、排洪涵、涵洞、跌水、退水閘、分水閘、節(jié)制閘等。骨干渠道包括干渠和支渠（定三渠），總長56.9km，斷面形式為矩形和梯形兩種，襯砌渠道有漿砌石、混凝土和瓷板等多種形式。灌區(qū)運(yùn)行70多年來，為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。

2 灌區(qū)工程存在問題

經(jīng)過70多年的運(yùn)行，定惠渠灌區(qū)設(shè)施老化嚴(yán)重，水資源浪費(fèi)較大。雖然經(jīng)歷年多次維修，但每次維修都是“頭疼醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的”零碎修補(bǔ)，使得灌區(qū)工程整體沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，骨干工程老化失修，跑、冒、滲、漏現(xiàn)象嚴(yán)重，水量浪費(fèi)較大，并存在諸多安全隱患。不僅不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，也不適應(yīng)榆林市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的要求。存在問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 灌區(qū)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)較低

定惠渠灌區(qū)建于上個(gè)世紀(jì)四十年代，受當(dāng)時(shí)歷史環(huán)境、技術(shù)水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的限制，灌區(qū)設(shè)施在初建時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)普遍較低。雖然經(jīng)過幾次改造，目前渠道襯砌達(dá)36km，但因資金所限，襯砌率仍為63.2%，渠系水有效利用系數(shù)僅為0.52。田間渠道大部分仍為土渠，且田間工程不配套，灌水方式粗放，群眾基本上是大水漫灌，不僅造成水資源有效利用率低，灌水定額較高，而且還加重了群眾用水負(fù)擔(dān)。

2.2 灌區(qū)設(shè)施老化失修嚴(yán)重

經(jīng)過多年運(yùn)行，定惠渠灌區(qū)設(shè)施普遍老化失修嚴(yán)重。溢流壩溢流面局部破損，壩趾局部沖刷掏空；進(jìn)水閘、沖沙閘閘墩受風(fēng)化、水蝕、凍融作用，存在不同程度的破壞，基礎(chǔ)沖刷掏空，閘室破損漏雨；引水隧洞洞頂巖石剝落、崩塌，引水能力降低，倒虹、渡槽裂縫、漏水、基礎(chǔ)位移、變形嚴(yán)重。排洪、防洪標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)蓄能力降低，不滿足《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的要求。干渠已超期服役，襯砌率不高，灌溉水的田間輸配水損失、滲漏嚴(yán)重，影響灌區(qū)正常、安全運(yùn)行和灌溉效益的有效發(fā)揮。

2.3 渠道凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重

一入冬季，陜北部分地區(qū)氣溫達(dá)零下20多度，這對(duì)渠道工程極為不利。由于沒有防凍脹措施，受氣溫影響，定惠渠灌區(qū)也有部分渠道受到凍損。干渠樁號(hào)0+917.3m～8+924m之間的渠段，由于地下水埋深淺，渠基排水條件差，土渠渠坡存在凍融滑塌，致使土渠輸水?dāng)嗝嫫茐氖危^水能力降低。局部高邊坡巖基渠段，基巖雖為非凍脹性土，但由于高邊坡巖石裂隙水傍滲渠側(cè)，寒冬結(jié)冰于高邊坡巖石與渠槽邊墻之間，導(dǎo)致渠槽邊墻凍脹位移、傾斜破壞。另外，由于高邊坡巖石風(fēng)化、凍脹剝落進(jìn)入渠道，常造成渠道淤堵。

2.4 水源含沙量大，渠道淤積嚴(yán)重

由于定惠渠灌區(qū)以多泥沙河流無定河為水源，渠道斷面不規(guī)整，部分渠段比降不合理，造成渠道每次引水灌溉后，淤積嚴(yán)重，多處渠段正常運(yùn)行期堤頂超高僅為10cm～20cm，存在漫頂隱患。

3 灌區(qū)節(jié)水改造的必要性

3.1 灌區(qū)發(fā)展的需要

定惠渠灌區(qū)屬于差額事業(yè)單位，財(cái)政只撥付70%費(fèi)用，剩下的30%需要灌區(qū)依靠水費(fèi)收入來解決。因?yàn)楣鄥^(qū)設(shè)施存在問題嚴(yán)重，渠道防洪和田間工程不配套問題日漸突出，使得灌區(qū)灌溉面積已由原來的4.5萬畝逐漸萎縮至現(xiàn)在2.0萬畝，不僅難以發(fā)揮應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益，而且存在諸多安全隱患，急需對(duì)灌區(qū)設(shè)施進(jìn)行改造。

3.2 建設(shè)節(jié)水型社會(huì)的需要

榆林市農(nóng)業(yè)用水量所占比重較大，2005年以前農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的80%以上，經(jīng)過節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，全市萬元地區(qū)生產(chǎn)總值和工業(yè)增加取水量分別下降至31.9m3和10.4m3，居全省和全國首列。農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)提升到0.51，工業(yè)水重復(fù)利用率提高到72.3%。定惠渠灌區(qū)現(xiàn)狀灌溉水利用系數(shù)平均是0.506，距榆林市建設(shè)節(jié)水型社會(huì)規(guī)劃要求水平較遠(yuǎn)，急需對(duì)工程設(shè)施進(jìn)行節(jié)水改造，挖掘農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，以提高用水系數(shù)。

3.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要

定惠渠灌區(qū)的技術(shù)水平、管理措施和管理手段已不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展和建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的要求。通過灌區(qū)節(jié)水改造，可以提高灌區(qū)工程技術(shù)水平和管理水平，改善灌溉管理的現(xiàn)代化管理手段。另外，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平發(fā)展，水資源承載力理應(yīng)得到提高，節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用、實(shí)施是提高水資源承載力的技術(shù)支撐和工程手段。

4 工程改造方案

針對(duì)定惠渠灌區(qū)設(shè)施存在的嚴(yán)重問題，擬從以下幾個(gè)方面對(duì)灌區(qū)設(shè)施進(jìn)行改造，以提高水資源利用效率，擴(kuò)大灌溉面積。

4.1 樞紐工程設(shè)計(jì)

4.1.1 溢流壩改造

定惠渠渠首溢流壩面為梯形斷面，壩長96m，壩頂高程為934.60m，壩頂齒墻高30cm，正常引水高程934.90m，壩基高程為930.60m，最大壩高4.30m，底寬為7.85m，屬于低堰。本次設(shè)計(jì)壩體上游垂直面采用40cm厚C25混凝土外包，溢流面采用C25鋼筋砼外包，最大厚度為60cm，最小厚度50cm，加壩之前先清除風(fēng)化砌石，用M7.5漿砌料石鑲填，再打孔插入Φ16錨桿將加固混凝土內(nèi)鋼筋網(wǎng)與原壩面錨固在一起。壩趾處全部清除漿砌石，用C20素混凝土加固，寬度為100cm，最大高度為200cm。溢流壩下游目前無消能設(shè)施，考慮到河床基巖出露，本次改造增設(shè)護(hù)坦，長15m，采用50cm厚的C25鋼筋砼澆筑，90cm厚的M7.5漿砌石墊底，同時(shí)在護(hù)坦的下游增設(shè)了消力坎，坎高0.9m，采用C25鋼筋砼澆筑。

4.1.2 新建檢修閘

渠首引水渠為1#隧洞，考慮到隧洞清淤及進(jìn)水閘和沖沙閘閘門的檢修方便，本次改造在0+000m處新建一座檢修閘。考慮到閘室后直接接無壓隧洞，設(shè)計(jì)檢修閘為單孔，閘門規(guī)格為3.5m×3m，底板高程為933.20m，胸墻采用板梁式結(jié)構(gòu);閘墩采用C25混凝土，墩厚1.5m；閘室底板采用C25混凝土砌護(hù)，厚50cm；初步擬定檢修閘平臺(tái)高程為942.00m，建基高程932.10m，啟閉機(jī)梁設(shè)計(jì)400mm×550mm。閘門采用鑄鐵閘門，型號(hào)pz3.5×3m，自重59kN。啟閉機(jī)選用2×100kN雙吊點(diǎn)手點(diǎn)兩用螺桿式啟閉機(jī)，型號(hào)LQ，選配電機(jī)Y132M-6，功率4kW，閘門止水采用前止水形式。

4.2 干渠工程設(shè)計(jì)

根據(jù)陜西省水利廳批復(fù)，節(jié)水改造渠段為0+917m～8+924m，共8.07km，設(shè)計(jì)流量調(diào)整為4.38m3/s，加大流量為5.26m3/s。

4.2.1 干渠橫斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁號(hào)0+917m～8+924m渠段采用混凝土弧底梯形斷面，襯砌厚10cm，弧底半徑1.35m，弧心角108°，內(nèi)邊坡2.9∶1。為防止堤頂、高邊坡以及渠坡上的雨水流入防滲層底部而破壞防滲層，設(shè)計(jì)在防滲層頂部設(shè)置漿砌石封頂。防止因氣溫變化和地基變形而破壞，需設(shè)置橫向伸縮縫，間距5m，縫寬2cm，填縫材料采用PTN環(huán)保接縫材料，據(jù)規(guī)范和各級(jí)渠道的設(shè)計(jì)流量及交通要求，堤頂寬2m，設(shè)計(jì)流量4.38m3/s，水深1.52m，流速1.22m/s，按規(guī)范設(shè)計(jì)，安全超高采用△h=hb/4+0.2計(jì)算。

4.2.2 干渠縱斷面設(shè)計(jì)

由于灌區(qū)為改造工程，除需更新、改造的建筑物外，干渠比降應(yīng)根據(jù)各級(jí)渠道的設(shè)計(jì)流量、地形條件和灌溉要求的水位控制，按不沖不淤要求設(shè)計(jì)比降為1/2000；渠底高程自上而下推算；設(shè)計(jì)水位高程為渠底高程加設(shè)計(jì)水深；堤頂高程為設(shè)計(jì)水位加安全超高。

4.3 隧洞工程改造設(shè)計(jì)

2#隧洞位于樁號(hào)0+812m～0+917m，長度105m，因原隧洞未進(jìn)行任何襯砌支護(hù)，洞身巖石不同程度松散剝落，設(shè)計(jì)M7.5漿砌石襯砌，斷面仍采用城門洞形，底寬3.0m，巖石用漿砌石找平后，鋪設(shè)10cm厚C25混凝土；側(cè)墻高1.72m，厚0.75m，拱圈為120°，圓弧采用M7.5漿砌石襯砌，內(nèi)經(jīng)1.732m，矢高0.866m，拱頂厚度0.6m。為防止砌石風(fēng)化，采用M7.5砂漿抹面，厚10mm。襯砌完成后在拱頂120°范圍內(nèi)采用水泥砂漿進(jìn)行填縫灌漿。

5 結(jié)語

灌區(qū)設(shè)施是保障農(nóng)業(yè)灌溉正常進(jìn)行、灌區(qū)長久發(fā)揮效益的重要保障。鑒于定惠渠灌區(qū)存在老化失修、帶病運(yùn)行的問題，為恢復(fù)灌區(qū)正常功能，使其發(fā)揮應(yīng)有的效益和作用，擬對(duì)灌區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造。針對(duì)樞紐工程、干渠斷面破損、淤積、渠系建筑物設(shè)施等存在問題，提出維修加固溢流壩，1#、2#隧洞，干渠防滲襯砌，建筑物更換、加固，以確保改造后的灌區(qū)滿足新形勢(shì)需要。陜西水利