富錦市錦西灌區灌排結合渠道設計方案比選

邢宇良

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

?

富錦市錦西灌區灌排結合渠道設計方案比選

邢宇良

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

灌排渠溝道結合布置方案是利用灌區范圍內已形成網絡的排水骨干工程(排水干、支溝)兼做輸水的灌溉渠道。輸水到田間最末一級固定渠道后，由農戶自行提水灌溉到田間。由于灌溉水位低，提水揚程小，所以渠首運行費受益農戶分攤小，但農戶二次提水揚程大，田間運行費高，導致灌區總運行費較高。通過對灌排結合渠道水面線的推求和比較，使灌區投資及運行費最低，且二次提水揚程小，田間運行費低，農戶更樂于接受，效益更好。

灌區；灌排結合；渠道水面線；運行費

0 前 言

錦西灌區灌溉排水渠(溝)道采用灌排結合方式。渠首泵站提水到干渠，再通過支渠輸送到田間最末一級固定渠道后，由分散泵站二次提水到田間。在設計保證率情況下，松花江設計水位和田間耕地要求灌溉水位差基本不變，渠首泵站揚程加田間二次提水泵站揚程之和基本是定值[1]。渠首泵站揚程大，田間二次提水泵站揚程就小。渠首提水泵站揚程高低決定田間二次提水面積(即田間分散建二次提水泵站的數量)和運行費的大小。

1 灌溉渠道設計水位方案

根據本灌區骨干輸水渠道灌排結合的特點，首先率定灌排結合渠道灌溉水位與排水水位之間的關系。

1)基本方案——按照黑龍江省三江平原地區灌區采用灌排結合的常規經驗，灌溉水位不高于排水水位，保證灌溉期排澇順暢。

2)比較方案——利用渠道上建設節制閘雍高灌溉水位高于排水水位，灌溉期排澇充分利用灌區現代化自動控制手段，調控節制閘開啟，保證灌溉期排澇順暢，避免發生因排水不暢引起澇災。

按照以上水位方案，本次擬定渠道深挖方案和渠堤填高方案。

1.1 方案一：渠道深挖方案

渠道深挖方案是灌排結合渠道，在排水設計水位確定渠道規模的基礎上推求灌溉水位，渠道設計水位是灌溉水位和排水水位的外包線。該方案為基本方案。

針對本項目骨干輸水渠道灌溉與排水方向相同的特點，在以排水確定的渠道規模的基礎上推求灌溉水位，灌溉水面線與排水水面線有交叉點，交叉點上游灌溉水面線高于排水水面線，交叉點下游灌溉水面線低于排水水面線，交叉點下游需布設節制閘雍高灌溉水面線不低于排水水面線。

本灌區花馬、山西干渠及頭林、二林分干均為灌排結合渠道，灌溉與排水方向相同。深挖方案，灌排結合干渠設計灌溉水面線平均低于干渠兩側耕地地面0.5m左右，總干渠為單灌渠道，灌溉設計水面線高于兩側耕地地面1.0m左右[2]。

1.2 方案二：筑堤方案

灌排結合渠道灌溉水位高于排水水位，排水水位由田面逐級推求而得；灌溉水位根據干渠兩側耕地地面高程確定灌溉水位，在經濟合理的前提下，以求兩側有較大的自流面積。(田間不用二次提水及提水揚程在0.5m以下的灌溉面積，以下“自流面積”均與此含義相同)。灌溉水位由干渠上設置節制閘壅高灌溉水位，在經濟合理的前提下，達到干渠兩側耕地自流灌溉面積最大的目的。

方案二為抬高干渠灌溉水位，高于排水水位。首先干渠、分干渠灌溉水位不能平渠道兩側耕地地面，如果灌溉水位平兩側耕地地面，干渠、分干渠兩側耕地基本沒有自流面積。因此灌溉水位平兩側耕地地面高程的方案不考慮。

根據本灌區地形平緩，灌溉水位變化對干渠兩側自流灌溉面積影響較大特點，本次將方案二又分3個子方案：①干渠設計灌溉水位平均高于兩側耕地地面高程0.2m左右；②平均高0.5m左右；③平均高0.7m左右。

2 方案分析

2.1 方案一：渠道深挖方案

本方案渠道水面線為灌溉與排水水面線的外包線。

根據灌溉、排水流量最大值確定灌溉渠道上、下段水位；由于灌溉輸水干渠灌溉與排水方向相同，渠段內下段排水流量大，排水水位高于灌溉水位；上游段灌溉流量大，灌溉水位高于排水水位。為使干支斗農系統銜接自流順暢，灌溉水位低于排水水位渠段需布設節制閘雍高灌溉水位，使灌溉水位不低于排水水位。

2.2 方案二：筑堤方案

1)灌溉水位方案選擇：

本方案渠道灌溉水位高于排水水位方案。用節制閘雍高灌溉水位，使灌溉水位高于兩側耕地地面高程，在經濟合理的前提下，自流灌溉面積最大。

2)確定方案的選擇原則：

干渠灌溉與排水方向相同，兩側灌排支渠(溝)灌溉與排水方向相反。灌排結合渠道灌溉水位高于地面，需要由節制閘來控制。

干渠分水口后布設節制閘：①為保證干渠灌溉水位逆排水支溝(倒底坡)用水至支渠(溝)末端，保證灌溉水從干渠(溝)自流到田間最末一級固定農渠(溝)；②根據干渠及分干渠、支渠兩側耕地地面高程、沿線地形及現有排干的斷面情況，綜合考慮田間自流灌溉面積最大。

灌排結合干渠水位推求：首先排水水面線由田間逐級向上推求到干渠而得。然后根據灌溉干渠兩側耕地地面高程、沿線地形，初步確定干渠設計灌溉水位，以求干支渠兩側沿線有較大自流灌溉面積；該設計水位由布置在干渠分水口上的節制閘來控制。

方案選定的原則：利用節制閘雍高干渠水位后，以方案一為基礎方案，方案二渠首泵站、骨干及田間工程增加的工程投資要小于田間由于自流灌溉面積增大所減少二次提水(分散)泵站運行費(現值)，同時選定方案的各項經濟指標要最優。

3)筑堤三方案工程指標見表1。

表1 泵站布局(灌溉水位)方案工程投資比較表

表1 泵站布局(灌溉水位)方案工程投資比較表 續表

2.3 方案二子方案分別與基本方案一比較

根據方案選定原則，方案二-1、方案二-2、方案二-3分別與方案一比較，最優方案為：灌溉水位提高以后，工程增加的投資與渠首增加運行費之和小于田間自流面積增大所減小的田間二次提水泵站的運行費。

方案二-1總投資較小，與方案一比較工程需要增加投資(包括增加渠首運行費)小于田間二次提水減少的運行費(現值)；方案二-2和方案二-3工程增加的投資(包括增加渠首運行費)均大于減小的運行費。因此，從經濟角度分析方案二-1是經濟合理的。

方案一與方案二工程投資及運行費比較詳見表2。方案二-1、方案二-2、方案二-3分別與方案一比較，工程增加投資與減少田間泵站運行費比較詳見表2。各方案經濟指標詳見表3。各方案分區自流灌溉面積詳見表4。

表2 堤加高方案與深挖方案增加 工程投資與運行費比較表

3 方案選定

在灌區總灌溉面積一定、灌溉水源、灌排結合方式不變前提下，比較方案一和方案二。

3.1 方案一

優點：灌排結合渠道為深挖方案，灌溉水位基本不高于排水水位，灌溉期排澇安全有保障。工程投資較小；渠首揚程較小，渠首泵站年運行費(現值)較小。

表3 堤加高方案與深挖方案經濟指標表

缺點一：灌排結合渠道灌溉水位較低，為使上一級渠道能自流輸送到下一渠道，干支斗農渠道需要逐級深挖，降低最末端固定渠道設計渠底。經計算灌排結合干渠在原有溝底基礎上要平均挖深較大，挖方棄土較大，棄土料場占地面積較大，復耕及水保措施投資較大。

缺點二：渠道灌溉水位不高于設計排澇水位，渠首一次提水后，田間自流灌溉面積較小，二次提水的田間運行費(現值)較大，受益農戶不支持。

缺點三：方案一經濟內部收益率為8.01%，大于8%的社會折現率，效益費用比等于1.0；經濟凈現值為228萬元。工程經濟指標基本滿足國民經濟評價要求。

3.2 方案二

優點一：除總干渠和花馬干渠、山西干渠新建段外，其他渠段基本能達到土方挖填平衡，棄土量較小，棄土臨時征占地和需復耕面積較小。該方案得到受益農戶和建設單位的極大支持，對項目區社會穩定做出較大貢獻。

優點二：灌溉渠道干渠輸水到支渠、斗渠、農渠全部自流，水位銜接條件較好，同時干支渠兩側有較大自流灌溉面，田間二次提水泵站運行費較小，當地政府和受益農戶非常支持和高度認可。

優點三：方案二-1經濟內部收益率為8.07%，大于8%的社會折現率，效益費用比為1.01大于1；經濟凈現值為1778萬元。經濟指標較好，均優于方案一。

缺點：工程投資比方案一投資多；灌排結合渠道灌溉水位高于排水水位，灌溉期排澇水，對灌區水位監測、干渠上節制閘自動控制要求比較高。渠首揚程稍大，渠首泵站年運行費較大。

3.3 方案選定

方案二-1較方案一田間自流面積大，臨時占地少，經濟各項指標優越，群眾支持度高，社會穩定效果好。同時，在當今互聯網+時代，用現代化自動控制手段對干渠上節制閘進行遠程自動控制都是可為和運用自如的，也是灌區自動化的發展趨勢。

綜上分析，并通過征求和受益農戶意見，本次選擇方案二-1為確定方案。該方案灌排結合渠道灌溉水位高于排水水位，排水水位由田面逐級推求而得；灌溉水位根據干渠兩側耕地地面高程確定，灌溉水位由干渠上設置節制閘壅高灌溉水位，在經濟合理的前提下，達到干渠兩側耕地自流灌溉面積最大的目的。

表4 堤加高方案與深挖方案田間自流灌溉面積和設計灌溉面積占比表 萬hm2

注：表中自流灌溉面積是指田間不用二次提水和二次提水揚程小于0.5m的灌溉面積。

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省富錦市錦西灌區規劃[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2014.

[2]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省富錦市錦西灌區可行性研究[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2015.

[3]王士蘭.灌排合一渠道在牡丹江基本農田保護示范區的應用[J].水利規劃與設計,2013(09):56-58.

[4]劉宇佳.黑龍江省平原區灌排兩用骨干渠道優化模式研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2016.

[5]雷興元.黑龍江省典型灌區灌排兩用田間渠道優化模式研究[D]. 哈爾濱:東北農業大學，2016.

[6]張海濤.灌區工程管理工作的問題與改善研究[J].科技展望,2016(13):98-102.

[7]吳紹鋒.現代化灌區發展方向初探[J].黑龍江水利科技,2016(02):78-80.

[8]王邢玉,溫旭啟,平伯瑜.林甸縣東升灌區水田節水增糧行動水資源供需平衡分析[J].黑龍江水利科技,2013(10):66-68.

[9]王士蘭.灌排合一渠道在牡丹江基本農田保護示范區的應用[J].水利規劃與設計,2013(09):23-25.

[10]陸洪昌.對灌區灌溉渠系系統的規劃布置探討[J].水利科技與經濟,2013(01):12-15.

1007-7596(2017)01-0061-04

2016-12-22

邢宇良(1987-)，男，黑龍江哈爾濱人,工程師。

S274.4

B