龍?zhí)豆鄥^(qū)渠首改造工程與效益分析

曲 霞,馬曉彤

(朝陽(yáng)市閻王鼻子水庫(kù)工程建設(shè)管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

1 灌區(qū)基本情況

龍?zhí)豆鄥^(qū)位于遼寧省朝陽(yáng)市北票市境內(nèi)，其覆蓋面積達(dá)2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總土地面積2.43萬(wàn)hm2，耕地0.73萬(wàn)hm2(其中，哈爾腦鄉(xiāng)0.42萬(wàn)hm2，大三家鄉(xiāng)0.31萬(wàn)hm2)，設(shè)計(jì)灌溉面積0.35萬(wàn)hm2。該灌區(qū)渠首由龍?zhí)端畮?kù)供水，地下水補(bǔ)給灌溉，灌區(qū)主要運(yùn)行模式為灌區(qū)自流放水，農(nóng)民自主提水灌溉。龍?zhí)豆鄥^(qū)是遼寧省重要糧食生產(chǎn)基地之一，是北票市農(nóng)業(yè)的命脈，在北票區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著主導(dǎo)作用。

2 灌區(qū)現(xiàn)狀和改造目標(biāo)

龍?zhí)豆鄥^(qū)渠系及建筑物多為20世紀(jì)70年代興建，渠系及建筑物經(jīng)多年運(yùn)行，渠道淤塞，過(guò)水能力有限，工程老化破損、滲漏嚴(yán)重，大部分渠系不能正常供水，嚴(yán)重影響了作物灌溉效益的正常發(fā)揮，需要對(duì)灌區(qū)進(jìn)行改造[1]。改造主要內(nèi)容包括龍?zhí)豆鄥^(qū)渠首建筑物及配套設(shè)施改造、主干渠渠道改造以及安裝智能計(jì)量設(shè)施等建設(shè)，重點(diǎn)解決灌區(qū)工程完好率低、設(shè)施不配套、計(jì)量不完善等問(wèn)題，以提升灌區(qū)管理水平。改造完成后，灌區(qū)灌溉保證率應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)以上水平，骨干設(shè)施完好率達(dá)到90%以上，灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.6以上，大大改善灌區(qū)有水輸不下去的狀況，恢復(fù)灌區(qū)灌溉面積293.33 hm2，達(dá)到作物增產(chǎn)、農(nóng)民增收的目的[2]。

3 灌區(qū)工程設(shè)計(jì)

3.1 渠首建筑物設(shè)計(jì)

3.1.1 渠首閘門(mén)房重建

龍?zhí)豆鄥^(qū)渠首閘門(mén)房在龍?zhí)端畮?kù)大壩的右后側(cè)，本著安全以及灌溉效率高的原則，本次將渠首閘門(mén)房進(jìn)行原址重建，門(mén)槽等地面以下建筑保持不變，對(duì)輸水洞處的閘門(mén)進(jìn)行重?fù)Q，地面以上建筑進(jìn)行拆除重建。同時(shí)更換工作閘門(mén)，增加檢修閘門(mén)。

3.1.2 計(jì)量設(shè)施室重建

計(jì)量設(shè)施室后面靠山體比較近，現(xiàn)狀房子里面也有一部分山體。計(jì)量設(shè)施室屋頂存在漏水現(xiàn)象，導(dǎo)致蝶閥生銹，嚴(yán)重影響使用。在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)蝶閥進(jìn)行重新更換，為減少蝶閥以后的生銹現(xiàn)象，對(duì)計(jì)量設(shè)施室也在原址位置重建。渠首安裝供水計(jì)量設(shè)施，為一體化超聲波遙測(cè)水位計(jì)，用于計(jì)量水量，按方收費(fèi)。

3.1.3 渠首改造工程

本次渠首改造主要包括兩部分內(nèi)容，一個(gè)是渠首分水閘改造，另外一個(gè)是尾水渠部分的維修改造。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的勘查，龍?zhí)豆鄥^(qū)渠首部分損壞比較嚴(yán)重，輸水洞尾水渠混凝土剝落比較嚴(yán)重。本次修復(fù)工程采取將表面剝落混凝土表面鑿除，將φ16@500錨筋梅花形布置，掛φ8@150鋼筋網(wǎng)，然后再用C30F200細(xì)石混凝土壓光抹面厚800 mm。本次對(duì)灌區(qū)渠首的三個(gè)閘門(mén)底板以上建筑進(jìn)行重建，三個(gè)閘門(mén)啟閉機(jī)由傳統(tǒng)手動(dòng)啟閉機(jī)全部換成電動(dòng)手動(dòng)一體啟閉機(jī)，使渠首閘門(mén)收、放水更加便利。另在右后方開(kāi)辟一條1.5 m寬的硬化路面，并且對(duì)硬化路面靠近尾水渠側(cè)設(shè)置高度為1.1 m的鋼欄桿。

3.2 渠道襯砌設(shè)計(jì)

3.2.1 流量推求

(1)渠道設(shè)計(jì)流量。灌溉灌道設(shè)計(jì)流量用式(1)表示：

Q凈=q凈×W

(1)

式中：W為渠道控制灌溉凈面積，hm2，這里灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積為0.35萬(wàn)hm2；q凈為設(shè)計(jì)灌水率，m3/(s·hm-2)。本次灌水率采用《農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)龍?zhí)豆鄥^(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中成果，取毛灌水率為12.135 m3/(s·hm-2)。本次渠道設(shè)計(jì)流量4.24 m3/s，小于5 m3/s，灌溉工程建筑物級(jí)別為5級(jí)。詳見(jiàn)表1。

(2)渠道加大流量。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》渠道加大流量根據(jù)下表選取加大系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。本次灌溉工程建筑物級(jí)別為5級(jí)，加大流量百分?jǐn)?shù)取30%。詳見(jiàn)表2。

表1 灌溉渠道工程分級(jí)指示

表2 續(xù)灌渠道加大流量的加大百分?jǐn)?shù)

灌溉渠道各種流量計(jì)算成果見(jiàn)表3。

北京順義區(qū)《黨員干部負(fù)面言行提醒讀本》，最近下發(fā)至全區(qū)140余家單位的黨員干部手中，旨在規(guī)范黨員干部言行，尤其是八小時(shí)之外。

表3 灌溉渠道流量

3.2.2 設(shè)計(jì)水位推求

本次采用原設(shè)計(jì)斷面水位及渠底高程，進(jìn)行續(xù)建配套設(shè)計(jì)，總干渠起始點(diǎn)設(shè)計(jì)水位主要是根據(jù)已落實(shí)項(xiàng)目中總干渠的末級(jí)設(shè)計(jì)水位確定，其水位低于該設(shè)計(jì)水位或與之相同。經(jīng)推算，總干渠渠道的水位、渠底配合見(jiàn)表4。

表4 灌溉水位、渠底配合

3.2.3 縱斷面設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)地形土壤等情況，在保證不沖不淤流速和盡量滿(mǎn)足渠道水位要求的前提下，盡可能按原地形坡降設(shè)計(jì)，以節(jié)省土方。設(shè)計(jì)比降選用1/1000～1/2000。

(2)糙率：采用《農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)龍?zhí)豆鄥^(qū)節(jié)水配套改造項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告》中成果n=0.0205。

(3)不沖不淤流速。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288—2018)土渠設(shè)計(jì)平均流速宜控制在0.6～1.0 m/s，但最小不宜小于0.3 m/s，重要的干、支渠允許不沖流速，應(yīng)根據(jù)渠床材料、過(guò)水?dāng)嗝嫠σ丶澳嗌车葪l件通過(guò)試驗(yàn)或選擇相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。當(dāng)渠道有護(hù)砌時(shí)，允許不沖流速為小于5.0 m/s。

(4)邊坡系數(shù)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 50288—2018，填方渠道的渠堤填方高度小于或等于3 m時(shí)，其內(nèi)、外邊坡系數(shù)可根據(jù)土質(zhì)確定。當(dāng)渠堤填方高度大于3 m時(shí)，其內(nèi)、外邊坡系數(shù)應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定分析計(jì)算確定。

本灌區(qū)內(nèi)渠道均采用漿砌石擋墻護(hù)砌，邊坡系數(shù)為0。符合標(biāo)準(zhǔn)GB 50288—2018填方渠道的最小邊坡要求。

(5)超高。本次設(shè)計(jì)渠道級(jí)別均為5級(jí)，超高根據(jù)規(guī)范按下式(2)計(jì)算：

Fb=1/4hb+0.2

(2)

式中：Fb為渠道岸頂超高，m；hb為渠道通過(guò)加大流量時(shí)的水深，m。

(6)堤頂寬。根據(jù)灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范，堤頂寬均采用0.5 m。

3.2.4 橫斷面設(shè)計(jì)

渠道橫斷面按明渠均勻流計(jì)算。如式(3)～式(4)：

(3)

(4)

式中：Q為渠道設(shè)計(jì)流量,m3/s；W為渠道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2；R為水力半徑,m；i為水力比降，在均勻流中與渠底比降一致。C為謝才系數(shù)；n為渠道糙率，根據(jù)規(guī)范要求確定。

根據(jù)選定的渠道斷面按標(biāo)準(zhǔn)GB 50288—2018的附錄H進(jìn)行復(fù)核，把不屬于實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的設(shè)計(jì)斷面修改為實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面。為了能夠使整個(gè)渠道設(shè)計(jì)合理，對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面進(jìn)行優(yōu)化，使每條渠道從渠首到渠尾(流量從大到小)有逐漸接近水力最佳斷面的趨勢(shì)，對(duì)不符合趨勢(shì)的實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面重新設(shè)計(jì)，使整條渠道達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)。灌溉渠道水力要素統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表5。

3.2.5 渠道襯砌

項(xiàng)目區(qū)干渠從灌區(qū)渠首到丁家店分水閘共計(jì)2710 m。這段渠道渠底漏水普遍比較嚴(yán)重，本次設(shè)計(jì)更換2710 m渠底，渠底設(shè)計(jì)為C20混凝土(厚10 cm)和10 cm厚C10素混凝土墊層。干渠K1+645～K1+970段和K2+077～K2+710段渠道倒塌破損比較嚴(yán)重，共計(jì)800 m，這段渠道本次設(shè)計(jì)拆除重建。

表5 灌溉渠道水力要素統(tǒng)計(jì)

渠道采用M10漿砌石擋土墻護(hù)砌，渠外填土防護(hù)，渠底采用混凝土防滲。擋墻頂寬600 mm，底部放大腳結(jié)構(gòu)寬2800 mm，擋墻迎水側(cè)防滲采用1∶2的25 mm厚的M10防滲水泥砂漿抹面，渠底采用混凝土防滲結(jié)構(gòu)從上到下依次為：100 mm厚的C20F200混凝土，100 mm厚的C10混凝土墊層。靠近山體側(cè)墻厚回填砂，頂部沙砂漿抹面。墻厚壓實(shí)度不低于0.60。全線(xiàn)清淤2710 m，包括渠道左右兩岸600 mm寬的渠頂也清除落石。對(duì)樁號(hào)K0+000～K2+710段渠道與橋連接處的破損位置進(jìn)行維修止水。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)灌區(qū)渠首建筑物和主干渠改造，初步修復(fù)了影響灌區(qū)灌溉的破損工程，并配套了部分亟須的骨干建筑，提高了渠道輸配水能力，改善了主干渠灌溉條件，為農(nóng)民提供先進(jìn)實(shí)用的灌溉技術(shù)，提高糧食單產(chǎn)、品質(zhì)和生產(chǎn)效益，降低糧食生產(chǎn)成本，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高和農(nóng)民收入的更快增長(zhǎng)。

4.2 社會(huì)效益

項(xiàng)目實(shí)施后，降低了廣大農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了清淤溝渠的勞動(dòng)力，降低了每畝水費(fèi)的支出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本將大幅度降低，提高了農(nóng)民種植的積極性。渠系建筑物工程和觀測(cè)設(shè)施配套齊全后，可實(shí)現(xiàn)骨干工程供水通暢高效，形成良性運(yùn)行的供水服務(wù)體系，促使灌區(qū)用水調(diào)度與監(jiān)管設(shè)施提檔升級(jí)，為推進(jìn)灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化管理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.3 生態(tài)效益

主干渠改造后，骨干設(shè)施完好率達(dá)到90%以上，灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.6以上，提高了灌區(qū)灌溉水利用率，減少了灌溉用水量，促進(jìn)了節(jié)約用水，增加了環(huán)境用水量。合理利用水庫(kù)地表水灌溉，可充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，以地表水涵養(yǎng)地下水，遏制地下水超采，保持資源的可持續(xù)利用，同時(shí)也相對(duì)增大生態(tài)環(huán)境用水量，植樹(shù)造林，環(huán)境綠化，增加灌區(qū)植被覆蓋率，修復(fù)已經(jīng)破壞的生態(tài)環(huán)境[3-4]。

5 結(jié) 論

本文主要通過(guò)對(duì)龍?zhí)豆鄥^(qū)渠首建筑物以及配套設(shè)施的改造，主干渠渠道進(jìn)行改造等。有效地提高了渠道輸配水能力，改善了主干渠灌溉條件，幫助農(nóng)民減少生產(chǎn)成本同時(shí)提高了生產(chǎn)效益。同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)起到了至關(guān)重要的作用。通過(guò)灌區(qū)渠首建筑物和主干渠改造，初步修復(fù)了影響灌區(qū)灌溉的破損工程，降低了廣大農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，灌溉水有效利用系數(shù)達(dá)到0.6以上。