淺談甘州區(qū)大滿灌區(qū)大滿干渠上段改建工程的必要性

拓永紅

（甘州區(qū)大滿水利電力管理處，甘肅 甘州 734000）

大滿灌區(qū)隸屬甘肅省張掖市甘州區(qū)，地處甘州區(qū)東南部，是一個典型的干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。多年來，灌區(qū)對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會發(fā)展起到了非常重要的作用。灌區(qū)灌溉范圍包括小滿鎮(zhèn)、大滿鎮(zhèn)、黨寨鎮(zhèn)、堿灘鎮(zhèn)、上秦鎮(zhèn)和三閘鎮(zhèn)的48 個行政村，以及11 個機(jī)關(guān)農(nóng)林場，現(xiàn)有總土地面積65.85 萬畝，有效灌溉面積為30.2 萬畝。1999 年經(jīng)甘肅省水利管理局審查，省水利廳批準(zhǔn)為大型灌區(qū)。灌區(qū)現(xiàn)有干渠、分干渠2 條76.15 km，支渠39 條245.24 km，斗渠425 km，農(nóng)渠798 km。

2001 年～2003 年，實(shí)施了黑河流近期治理灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目，大滿灌區(qū)共改建干支渠148.33 km，其中：改建干渠41.82 km，改建支渠106.5 km。經(jīng)過該項(xiàng)目的實(shí)施，灌區(qū)的水利基礎(chǔ)設(shè)施得到了很大改善，渠系水利用系數(shù)由1998 年的0.541 提高到2012 年的0.579；灌溉水利用系數(shù)由1998 年的0.482 提高到2012 年的0.523。

1 大滿干渠上段(樁號0+000～17+870)現(xiàn)狀

大滿干渠位于黑河?xùn)|岸，全長59.7 km，其中：下段41.83 km（樁號17+870～59+700），在黑河節(jié)水改造項(xiàng)目中全部實(shí)施完成；上段17.87 km（樁號0+000～17+870）是甘州區(qū)最早建造的引黑河水灌溉的大型渠道，經(jīng)多年運(yùn)行，工程老化破損嚴(yán)重，工程存在的建設(shè)隱患較多，主要問題有以下幾方面：

1）灌區(qū)部分骨干工程老化失修，輸水能力下降，工程效益發(fā)揮不足。

大滿灌區(qū)上段于1991 年經(jīng)省水利廳批準(zhǔn)進(jìn)行改(擴(kuò))建,工程完工后20 年的運(yùn)行中，渠底、渠坡已老化破損，滲漏損失嚴(yán)重，襯砌渠道完好率為25%。

2）骨干工程冬季灌溉運(yùn)行時(shí)間過長，加速了灌區(qū)骨干工程的老化和凍脹破壞。

自2002 年以來，黑河每年分6 次調(diào)水，每年灌溉期間調(diào)水共長達(dá)65 天。黑河集中調(diào)水制度的實(shí)施，縮短了灌區(qū)灌溉輪期，使得干渠道運(yùn)行情況發(fā)生了很大的改變：一是集中灌溉，骨干工程輸水流量加大，致使渠道滿渠運(yùn)行；二是對灌溉時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，推遲了冬灌時(shí)間，骨干工程冬季灌溉運(yùn)行時(shí)間過長，加劇了骨干工程的凍脹破壞。

3）水資源配置有限，節(jié)水改造還不全面，水資源浪費(fèi)大。

大滿灌區(qū)屬黑河自流灌區(qū)[1]，無調(diào)蓄工程。一方面黑河來水年際變化大，年內(nèi)分配不均，灌溉高峰期灌溉需水量大，但黑河徑流有限，灌區(qū)水量分配有限，致使水資源供需矛盾突出，“卡脖子”旱仍時(shí)有發(fā)生。

2 大滿干渠上段改建的必要性

大滿灌區(qū)是一個以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的灌區(qū)，現(xiàn)有有效灌溉面積30.2 萬畝。灌區(qū)耕地集中連片，土地肥沃，適宜種植小麥、玉米、油料、蔬菜等多種農(nóng)作物。近年來，隨著灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施逐步改善，糧食產(chǎn)量逐年增長，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)了穩(wěn)步增長的良好勢頭。但由于灌區(qū)水資源十分有限，而現(xiàn)有水利設(shè)施破損較大，水資源滲漏損失大，致使有限的水資源不能有效利用，浪費(fèi)水的現(xiàn)象仍存在。灌區(qū)續(xù)建配套骨干工程改造后，可提高灌溉保證率，通過對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，可增加農(nóng)民收入和糧食生產(chǎn)能力，灌區(qū)骨干工程完善后，可提高灌溉保證率，因此，對大滿大型灌區(qū)進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造，是灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和糧食安全的迫切需要。

3 工程規(guī)模確定

3.1 渠道流量確定原則

本次改建大滿干渠上段渠道流量按以下原則確定：

（1）控制灌溉面積0.5 萬畝以上的按續(xù)灌方式設(shè)計(jì)，大滿干渠上段有效灌溉面積為30.2 萬畝，故按照續(xù)灌方式設(shè)計(jì)。

（2）以規(guī)劃水平年設(shè)計(jì)的灌水率、灌溉水利用系數(shù)和各條渠道控制灌溉面積，計(jì)算渠道設(shè)計(jì)流量。

（3）加大流量，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》取值，大滿干渠流量加大系數(shù)取25%。

3.2 渠道流量確定

續(xù)灌渠道設(shè)計(jì)流量：

式中：Qs為續(xù)灌渠道的設(shè)計(jì)流量，m3/s；qs為設(shè)計(jì)灌水率，m3/（s·萬畝），取設(shè)計(jì)灌水率qs=0.361 m3/（s·萬畝）；As為該渠道灌溉面積，萬畝；ηs 為該續(xù)灌渠道至田間的灌溉水利用系數(shù)。根據(jù)計(jì)算，大滿干渠上段控制面積及流量見表1。

表1 大滿干渠上段控制面積及流量表

4 渠道設(shè)計(jì)

4.1 渠線布置

大滿灌區(qū)灌溉歷史悠久，初步形成了“渠、路、林、田”相配套的較為完善的灌排體系。經(jīng)過多年運(yùn)行證明，總體布局基本合理且渠床已完全固結(jié)穩(wěn)定，同時(shí)考慮渠道兩邊均為耕地，若另開辟新線，征地費(fèi)用甚高，故節(jié)水改造改建的干渠基本上在原渠線上襯砌防滲。

4.2 縱橫斷面設(shè)計(jì)

4.2.1 縱斷面設(shè)計(jì)

改建的干渠渠道縱坡在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，為保證渠道安全運(yùn)行，需同時(shí)滿足以下兩點(diǎn)要求：①為防止冬灌停水后渠內(nèi)積水凍脹，均按正坡連接設(shè)計(jì)；②最大縱坡按現(xiàn)澆砼襯砌，渠道最大不沖流速小于5 m/s 控制。大滿干渠縱坡在1/285～1/410 之間，本次改建由于是在原渠上進(jìn)行，渠線基本維持現(xiàn)狀，故縱坡不作大的調(diào)整。

4.2.2 橫斷面設(shè)計(jì)

1）斷面形式、襯砌材料、襯砌厚度、襯砌方式的設(shè)計(jì)

大滿干渠上段改建分為兩種襯砌，第一種是在原渠弧形坡腳梯形斷面上進(jìn)行套襯砼，長度14.82 km，地段主要在0+000～6+500 段和9+550～17+870 段，渠底、渠坡均采用C20/F 100/W4 現(xiàn)澆砼襯砌，渠底襯砌厚度15 cm，渠坡襯砌厚12 cm。

對凍漲較嚴(yán)重的地段，對凍脹性基土進(jìn)行置換，長度3.05 km，地段主要在6+500～9+550 段，渠底0.8 m,結(jié)構(gòu)形式選擇現(xiàn)澆砼弧形坡腳梯形斷面和弧形底梯形斷面，渠底厚15 cm，渠坡厚12 cm，均采用C20/F100/W4 現(xiàn)澆砼襯砌。

2）水力計(jì)算

按明渠均勻流公式計(jì)算：

式中：Q 為流量，m3/s；A 為過水面積，m2；R 為水力半徑，m；n 為糙率，n=0.017；i 為渠道縱坡。

③渠道超高設(shè)計(jì)

依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288－99）的規(guī)定，渠道襯砌超高值可采用0.3 cm～0.8 cm，5 級渠道可適當(dāng)減小，但不應(yīng)小于0.1 m。本次改建干渠超高值根據(jù)設(shè)計(jì)流量、流速、加大水深等因素確定，大滿干渠采用0.70 m～0.79 m。

設(shè)計(jì)成果見表2。

表2 渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)成果及水力要素表

④伸縮縫設(shè)計(jì)

為適應(yīng)渠道隨溫度變形，干渠順?biāo)鞣较蛎? m 設(shè)一道橫向伸縮縫，縫型采用矩形，縫寬2.0 cm，縫內(nèi)為下部填充聚乙烯閉孔泡沫板，上部灌注增強(qiáng)型聚氨酯密封膠。

⑤渠岸寬度確定

干渠無交通要求的岸頂寬度為2.5 m（不含封頂），有交通要求的岸頂寬度為5 m（不含封頂）。

5 工程效益

大滿干渠上段(樁號0+000～17+870) 改建17.87 km，改建渠系建筑物106 座，其中：水閘15 座，車橋22 座，渡槽8 座，其他63 座。該工程于2016 年完成改建。

本工程項(xiàng)目實(shí)施后，對有效緩解灌區(qū)內(nèi)日趨突出的用水矛盾，很大程度的改善灌區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境將起到很好的作用，使灌區(qū)內(nèi)的渠系水利用系數(shù)，由原來的0.579 提高到0.62；灌溉水利用系數(shù)，由原來的0.523 提高到0.56，緩解灌區(qū)水資源供需矛盾和生態(tài)環(huán)境惡化趨勢。對緩解灌區(qū)水資源緊張狀況，改善生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置都是十分有利的，具有顯著的社會效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)可以使灌區(qū)內(nèi)的水資源配置和可持續(xù)利用更加合理，為灌區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供有力的保障。具體表現(xiàn)在：

從改善灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境出發(fā)，該項(xiàng)目的實(shí)施，將大大提高單位水資源的效益和產(chǎn)出，促進(jìn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，糧經(jīng)草的比例由2012 年的23∶752調(diào)整到2017 年的22∶762，綜合平衡灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、糧食安全保障和生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面的要求，從而實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。項(xiàng)目符合國家水利產(chǎn)業(yè)政策。

灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施，直接促進(jìn)了項(xiàng)目區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高項(xiàng)目區(qū)人民的生活水平。項(xiàng)目的實(shí)施將成為項(xiàng)目區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的一個有力支撐條件，同時(shí)緩解了黑河下游用水矛盾，改善下游生態(tài)環(huán)境、維護(hù)民族團(tuán)結(jié)、社會穩(wěn)定和穩(wěn)固國防均起到十分重要的作用，還將有效促進(jìn)流域社會經(jīng)濟(jì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，夯實(shí)奠定灌區(qū)水利基礎(chǔ)條件，提高水資源利用效率。