三原縣灌區節水改造方案探析

強小絨

（三原縣水利管理總站，陜西咸陽713800）

三原縣灌區節水改造方案探析

強小絨

（三原縣水利管理總站，陜西咸陽713800）

三原縣是陜西省糧食蔬菜重要生產基地，隨著農業結構調整，當地農業灌溉用水需求量越來越大。為促進地區水資源合理利用、節約灌溉成本，利用水資源平衡法對區內水資源供需情況進行分析，灌區可供水總量3063.86萬m3，缺水335.05萬m3，屬于工程性缺水。根據灌溉需水量，提出灌區續建配套與節水改造項目即通過防滲襯砌各級渠道，配套田間工程的方式，促進灌區節水，經分析，項目建成后年可增引水量71.89萬m3，在設計水平年(2015年)可節約水量101.91萬m3，滿足灌區農作物用水需求，效益顯著。

三原；灌區；水資源；平衡；節水；方案

1 概況

三原縣總面積576.9 km2，其中耕地面積53.7萬hm，人口42萬人。多年平均降水量548.5 mm，多年平均蒸發量1003.1 mm。區內灌區主要為涇惠渠灌區的東干三支渠、北干七支渠。其中東干三支渠灌溉面積2000 hm2，北干七支渠灌溉面積3160 hm2，共計灌溉面積5160 hm2。目前，干、支渠襯砌率為67.4%，灌區灌溉水利用系數長期徘徊在0.51左右，水資源浪費尤為嚴重。為了提高水資源利用效益，需對灌區用水和區域水資源平衡進行分析。

2 灌區用水存在問題

經過三十多年的運行，三原縣灌區在灌溉用水中存在的問題主要有：

（1）夏灌水源不足,高含沙影響較大。三原縣的灌區均從涇河引水，因為涇河含沙量大，在夏季伏旱時，水源較緊張。加之含沙量大，增加了灌溉困難和輸水運行時間。

（2）灌溉渠道襯砌率低,輸水損失大,水資源利用率低。其中東干三支渠0+000～3+298段年久失修，各種裂縫隨處可見，渠道滲漏嚴重。特別是陰坡砼板，因凍脹作用，已斷裂拱起滑落、破損不堪，根本起不到防滲固堤的作用，且加大了渠道糙率，減小了過流能力。北干七支渠襯砌板多處坍塌、攔腰折斷，損壞嚴重，各種裂縫隨處可見，渠道滲漏嚴重。

（3）灌區工程設施配套不完善，管理設施落后。三支渠系量水堰因多次修補量水誤差很大，造成水管單位水量、經濟損失。北干七支渠10+900～12+430、13+930～18+000段目前仍為土渠，工程標準低，淤積、滲漏嚴重，最大過流能力不足設計流量的70%，工程效益遠遠不能充分發揮。

（4）工程建設標準低,設施老化失修,損壞嚴重。節制閘閘墩砌體松動，閘板扭曲變形，無啟閉機，操作不靈活。斗門啟閉失靈、漏水嚴重，影響灌溉引水。

3 灌區水資源平衡分析

3.1 現狀年（2016年）供水量計算

現狀基準年因渠道工程老化損壞、淤積等問題，渠道輸水能力僅為設計能力的70%，故用水高峰期供水量（7-8月份）按70%計算。經分析計算，現狀年可供水總量3063.86萬m3。

3.2 現狀年項目區需水量計算

依據現狀年農灌面積和灌溉定額計算灌溉需水量。現狀年灌溉定額412 m3/hm，則項目區農灌需水量為412× 7.74=3188.88萬m3。項目區現狀水平年及鄉鎮企業生產總值16764萬元，依據項目區工業鄉鎮企業萬元產值需水80 m3的標準，工業需水量134.11萬m3。現狀年2016年項目區總人口4.16萬人，現狀年項目區生活用水綜合定額為50L/人·天，項目區年生活用水量為75.92萬m3。2016年總需水量：3188.88+134.11+75.92＝3398.91（萬m3）。供需平衡結果表明:現狀水平年75%灌溉設計保證率下,項目區總需水量3398.91萬m3，其中農灌需水量3188.88萬m3，工業及城鄉生活需水量210.03萬m3?？晒┧偭?063.86萬m3，缺水335.05萬m3，屬于工程性缺水,因渠道引水能力達不到設計能力,在灌溉高峰期不能滿足灌溉需要而缺水。

3.3 近期設計水平年（2018年）供需水量平衡分析

地表水為灌區分配給本級渠道引水口水量。渠道改造后的地表可供水量為現狀年地表水供水量與渠道引水能力恢復到設計能力的增引水量（項目區渠道增引水量見表1），增引供水期為夏灌用水高峰期（7-8月份）。地下水根據項目區地下水動態預測估算。經分析計算可供水總量3105.67萬m3，其中地表水供水2925.72萬m3，地下水供水179.95萬m3。

表1 項目區渠道增引水量表

近期設計水平年（2018年）75%灌溉設計保證率下，項目區總需水量3105.67萬m3，其中農灌需水量2925.72萬m3、工業及城鄉生活需水量179.95萬m3。項目區可供水總量3105.67萬m3，其中地表水供水2925.72萬m3，地下水供水179.95萬m3。水資源平衡。項目區水資源供需平衡詳見表2。

由以上分析可知：該項目區續建配套節水改造項目全面建設完成后，渠道引水能力恢復到設計能力，項目區年可增引水量71.89萬m3，再通過配套田間工程，采用先進的灌水方式，提高灌溉水利用系數，減少農灌需水量，經計算項目區在設計水平年(2015年)可節約水量101.91萬m3。一方面節約的水量可以增加灌溉畝次，提高灌溉保證率；另一方面節約水量對抽水灌區來講可以少抽引水，節約能源。

表2 項目區水資源供需平衡分析表

4 節水方案

4.1 灌區農業節水方案思路

三原縣灌區農業節水思路應依據灌區各設計水平年的灌溉需水量，實施灌區續建配套與節水改造項目來實現。即通過防滲襯砌各級渠道，配套田間工程，在灌區全面推廣小畦灌、溝灌、管道灌及波涌灌等先進的灌水方式和耕作模式，提高灌區灌溉水利用系數。經現場勘察調研，認為各渠段原渠線平面布置合理，不需要進行改線，工程平面布置維持原狀不變。

4.2 渠道設計流量的確定

根據東干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～18+000段輸水灌溉面積，對原設計流量進行復核，經復核，原設計流量合理，故本次改造仍維持原設計流量不變。

4.3 工程設計

（1）渠道斷面設計。渠道縱斷面設計：原渠道設計比降：東干三支渠0+000～3+298段比降為1/2000，北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～18+000段比降為1/2000。經現場勘測和調查分析，原設計比降合理，故維持原渠道設計比降不變。

渠道橫斷面設計：東干三支渠0+000～3+298段，設計流量1.05 m3/s，北干七支渠15+927～18+000段，設計流量0.72 m3/s。依據《灌溉排水渠系設計規范》和《陜西省大型灌區續建配套與節水改造工程實施方案設計大綱》，這兩個渠段橫斷面均采用挾沙能力強、水流條件好的弧底梯形斷面和“U”型斷面。該兩渠現狀為“U”型斷面，渠道占地狹小，若采用弧底梯形斷面則需重新征地，且土方工程量大，施工工期長，因此該渠道仍采用“U”型斷面，圓心角為152°。

表3 渠道改造段改造后水力要素

北干七支渠5+893～9+150段，設計流量為1.57 m3/s。北干七支渠10+000～12+430、13+930～15+927段，設計流量為1.01 m3/s。依據《灌溉排水渠系設計規范》和《陜西省大型灌區續建配套與節水改造工程實施方案設計大綱》，這三段渠橫斷面均采用弧底梯形斷面和“U”型斷面。該三部分渠段現狀為梯形斷面，若改為“U”型斷面土方工程量大，施工工期長；而采用弧底梯形與現狀斷面易于結合，土方工程量少，施工期短，因此這些段渠道仍采用弧底梯形斷面，內坡比1∶1。

（2）渠道水力計算。根據設計、加大、最小流量，比降和內邊坡按下式進行水力計算：

式中：A為過水斷面面積，m2；C為謝才系數，m1/2/s,C=1/n×R1/6；R為水力半徑，m，R=A/X；X為濕周，m；i為渠道比降。

經過水力計算，各渠段的水力要素表3所示：

（3）不淤流速校核。夏灌期間，涇河來水含沙量大，易造成渠道淤積，故須進行不淤流速校核。本次設計以灌區渠首抽水含沙量10%（106.7 kg/m3）做不淤流速校核，不淤流速采用經驗公式計算：

式中：C為系數，由泥沙組成確定，取0.64；R為渠道水力半徑，取減小流量時相應水力半徑。

計算得東干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～15+927、15+927～18+000段不淤流速分別為0.380 m/s、0.361 m/s、0.361 m/s、0.358 m/s。設計渠道各斷面各種流量情況下的流速均大于不淤流速計算值。因此，設計的縱橫斷面滿足不淤要求。

（4）襯砌結構形式設計。北干七支渠5+893～9+150、 10+000～12+430、13+930～15+927段采用弧底梯形斷面板膜復合結構，弧形底采用80 mm厚砼現澆，梯形邊坡采用60 mm厚砼預制板，邊坡板上加50 mm厚預制水平砼封頂板，全斷面鋪設聚乙烯復合土工膜，膜厚0.20 mm,布重100 g/m2,土工膜與砼邊坡板間設20 mm厚M5.0水泥砂漿過渡層。東干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠15+927～18+000段“U”型全斷面采用80 mm厚砼現澆。

砼襯砌渠段砼設計標號為：現澆砼強度C15，預制C20，抗凍F50，抗滲W4。每4 m設一道橫向伸縮縫，伸縮縫下部用聚氯乙烯膠泥填充，上部用水泥砂漿填滿。襯砌板下30 cm范圍內的渠床土采用換填夯實的方法進行處理，要求壓實系數不低于0.95，以減少土壤含水率，降低凍脹作用。

（5）渠系建筑物設計。斗門：水工部分采用C20現澆砼結構，進、出水側均為扭面連接，涵洞為矩形砼結構。設計尺寸維持原尺寸不變。閘門采用工廠定型的鑄鐵閘門。

量水堰：采用巴歇爾量水堰，C20砼現澆結構。結構尺寸根據過水流量按巴歇爾量水堰設計手冊和水工計算確定。根據巴歇爾量水堰的適用條件，在量水堰上下游各設80 m梯形平直段。

節制閘：閘墩及底板采用C20砼現澆，閘臺板及人行橋板采用C25鋼筋砼現澆。節制閘與上下游渠道采用扭面連接。閘門采用工廠定型的鑄鐵閘門。

5 結語

三原縣灌區2018年續建配套節水改造項目的實施，將逐步解決工程設施現狀存在的主要問題，擴大及改善灌溉面積，提高灌區的灌溉水利用系數和水分生產率。項目實施后，年增引水量71.89萬m3，年均節約用水量為101.91萬m3，可恢復灌溉面積0.27萬畝，改善灌溉面積0.19萬畝，年增灌溉效益102.55萬元。

S274

B

1673-9000（2017）04-0087-03

2017-03-02

強小絨（1979-），女，陜西淳化人，助理工程師，主要從事農村人飲建后和農田灌溉管理工作。