南方某灌區節水灌溉技術方案的改造與研究

李莉莉

（廣東中灝勘察設計咨詢有限公司，廣東肇慶 526060）

1 工程項目背景

共成水庫灌區位于云浮市新興縣境內，建成于1966年，由東渠灌區和西渠灌區組成，干渠總長62 km，其中東干渠長30 km、西干渠長32 km，灌區設計灌溉面積3666.67 hm2。由于灌區建設時標準低，配套不完善，經多年運行，渠道淤積嚴重，渠堤垮塌現象時有發生，部分渠系建筑物老化損壞嚴重，過流能力嚴重不足，工程存在較大的安全隱患，嚴重影響了灌溉效益的正常發揮，也造成了水資源的嚴重浪費，導致實灌面積僅為2493.33 hm2。為貫徹落實黨中央、國務院關于農業、農村和農民以及水利工作的一系列新的方針政策，加強農業水利基礎設施建設，改善農業生產條件，提高農業綜合生產能力特別是糧食綜合生產能力，大力加強灌區工程的節水改造建設是十分必要的。只有加強骨干工程硬件設施和管理體制的改善，才能解決農業用水和水資源有限的矛盾，才能恢復和提高灌區骨干工程的效益，才能有效地節約用水及最大限度地優化水資源，才能促進灌區農業現代化、城鎮化的發展，才能不斷改善灌區的生產環境和提高人民生活水平。

2 存在的問題及分析

灌區建于20世紀60年代，受當時的經濟和技術條件的限制，工程建設標準低，施工質量差，配套不完善，此為“先天不足”。管護跟不上，工程老損嚴重，此為“后天不足”，致使工程效益和灌溉面積逐年衰減。灌區骨干工程存在的主要問題如下：

2.1 工程設計標準低、質量差

灌區于1966年建成，當時正處在國家困難時期，該工程只能將有限的資金主要用于水庫建設和總干渠、干渠上的主要建筑物，渠道均由當地人民群眾自籌建設，渠道開挖斷面“三度”達不到要求，回填土壓實質量差導致回填土防滲達不到要求，有很多渠段欠挖欠填，或超挖。填筑渠堤普遍單薄，下邊坡較陡，經常導致下渠基滑坡出險潰渠。部分渠段由于地處半山坡較陡峻，坡頂垂高超10 m，都是裸露的無防護的土坡，在暴雨襲擊下，滑坡時有發生，已經造成這部分渠道的嚴重淤積，產生滑坡后修復渠道的造價非常大。

東干渠5座渡槽都是薄殼結構，無欄桿無人行橋，非常簡陋，例如東山渡槽長達340 m、高度近23 m，無欄桿，管理人員根本不敢從上面走過去檢查；頁村渡槽槽身為只有少量鋼絲的混凝土結構（據資料），各構件已有部分混凝土剝落。

2.2 建筑物嚴重老損

由于灌區渠道長度大，渠系建筑物眾多，但幾十年來工程維護資金短缺，致使渠道內雜草叢生，淤積嚴重，部分渠段內外坡均較陡，時有垮塌現象發生，隧洞襯砌護面剝落，渡槽槽身接頭、節制閘、分水閘閘門止水大多老化損壞，閘門銹蝕嚴重，啟閉設施簡陋、落后。

灌區渠系建筑物建成運行至今，沒有進行過系統的維修，部分建筑物已嚴重老化損壞。例如，頁村渡槽（長199 m），支架已露筋、混凝土剝落嚴重，西云閣渡槽（長465 m）欄桿已不見了近1/4，渡槽接頭、泄洪閘、分水涵閘止水大多數已老化或損壞，漏水現象較普遍。同時由于建筑物配套不全，工程存在的安全隱患較大，直接影響運行安全。

2.3 渠道滲漏，水資源浪費嚴重

由于渠道滲漏、毀損老化，建筑物跑水和管理原因，致使水資源浪費嚴重。在灌區，半挖半填和填方渠道占的比例較大，受填筑質量和土料影響，渠道普遍存在散浸，有的還存在明漏現象。大部分渠道“三度”未達標，加上渠道淤積嚴重，輸水不暢，上游渠道滿渠（渠道水深約1.5 m）輸水到干渠一般只剩十幾厘米水深，造成上游出現漫堤跑水，下游無水可用。

2.4 管理困難

干渠較長，交通不便，管理困難，工程維護投入小，管理手段、管理設施落后。灌區各管養站均是已建成40多年的磚木房，早已不能住人，部分已坍塌，員工收入只有社會平均水平的40%左右，工程管理維護困難。

3 改造方案的分析與研究

3.1 工程任務和目標

灌區節水改造工程任務是提高灌區灌溉效益。保證輸水明渠、渠系建筑物的安全運行，同時減小滲漏，提高灌溉水利用系數，在本期灌區改造完成后，已失灌的1173.33 hm2絕大部分得到恢復（按80%考慮恢復940 hm2），保證了灌區農業生產的高產穩產。

3.2 工程改造方案的內容

3.2.1 渠道疏浚和襯砌：東干渠18+360～27+500段土質明渠防滲襯砌8.303 km；西干渠13+500～32+212段土質明渠防滲襯砌17.94 km。

3.2.2 渡槽重建和加固。重建渡槽2座東山渡槽、頁村渡槽，總長度539 km；加固渡槽4座：力呈渡槽、田村渡槽、稔村渡槽及西云閣渡槽，渡槽總長度1103 m。

3.2.3 反虹吸管加固。加固印村反虹吸管，總長度214 m。

3.2.4 水閘、行人橋及管養站。東、西灌區工程改造分水閘38座、行人橋54座及機耕橋132座；重建管養站8座400 m2。

3.2.5 輸水隧洞。東、西灌區現有10個輸水隧洞，大部分隧洞淤積嚴重，需要人工清淤，平均淤積深度0.3 m。

3.3 渠道改造方案

渠道改造以節水防滲為重點，旨在提高渠道襯砌率，提高渠系水利用系數和輸水環節的水利用系數。

根據沿線地形、地質條件、邊坡穩定、施工管理、占地拆遷、工程造價以及襯砌等因素考慮，本次改造斷面按梯形斷面進行設計。從造價、施工方便、運行管理及耐久性等方面綜合考慮，選取現澆混凝土板襯砌方案。其中西干渠有部分渠道地質情況比較差，采用梯形混凝土斷面襯砌無法保證質量。根據實際探查并參考前期施工的工程經驗，對這些渠道采用混凝土結構矩形渠道。

根據不同的段不同的地形，分別采用了一邊混凝土矩形結構，一邊梯形襯砌（混合式），和雙邊混凝土矩形結構（圖1，圖2）。

圖1 混合式結構

圖2 混凝土矩形結構

3.4 灌排建筑物改造方案

3.4.1 水閘改造方案。現狀水閘閘室均為漿砌石砌體，結構單薄且簡陋，由于維修保養跟不上，閘門體及門架破損嚴重，漿砌石閘室表面砂漿剝落、部分砌體松動或變形，部分混凝土閘門因側墻或門體變形而影響啟閉，現狀水閘需全部重建。

新建分水閘全部于原址進行，水閘閘室底板及側墻均采用鋼筋混凝土結構，底板及側墻厚度均為0.4 m，典型閘室長度為4.75 m，具體可視現場堤寬做適當調整，為減小繞滲，設混凝土刺墻，刺墻深入閘底下0.5 m、進入兩側土堤1.0 m，由于水閘分水流量不大，為便于設備訂購（鑄鐵閘門），水閘閘室凈寬統一定為0.8 m，閘門高度1.0 m～1.6 m（較水面線高0.2 m），閘門體采用鑄鐵閘門，設鋼筋混凝土門架，閘門采用螺桿式手動葫蘆啟閉。

3.4.2 渡槽改造方案。東干渠現狀布有渡槽5座，西干渠有1座（西云閣渡槽），各渡槽位置、長度等資料如表1所示。

表1 渡槽概況表

西干渠中的西云閣渡槽，是為跨越船崗河而建，槽斷面為矩形，支承采用預制排架柱，由于進、出口連接的干渠布設高程所要求，渡槽除了跨越主河槽外，還需要跨越兩側較低的、寬闊的河灘，故渡槽總長度達465 m。西云閣渡槽存在問題：

1）大部分槽身表面老化，局部有露筋情況，但整體結構尚良好。

2）各跨槽身之間的分縫止水全部破壞失效。

3）進出口段有2個排架柱（出口往進口方向第2、第4排支柱）柱身有結構性脹裂破壞，其余排架柱除有混凝土表面老化外，尚無其他情況。

針對上述情況，西云閣渡槽予以保留，只進行維修、加固處理，措施：已破壞的2個排架支柱重建，槽身分縫止水重做，對槽身內、外鋼筋混凝土表面及全部排架柱混凝土表面進行防老化處理。

東干渠中的東山渡槽、頁村渡槽，是為減少渠道長度而跨越洼地所建（沿高程繞山坡而行長度非常大），其中東山渡槽較長、頁村渡槽一般，兩渡槽斷面結構相同，均為裝配式“U”型薄殼槽渡槽，槽內斷面下半圓半徑為0.9 m，上部直段高0.6 m，總深1.5 m，支承采用預制排架柱。東山渡槽、頁村渡槽存在問題：

1）預制“U”型薄殼槽槽身老化嚴重，由于槽身薄且老化，不少位置產生滲水現象。

2）預制的支承排架柱斷面原來只有0.2×0.2（m），后來部分高度較大的柱每邊加厚5 cm，但加厚部分與原柱體多數整體性差，不少地方有分離情況。

3）排架柱柱體老化嚴重，多數柱面水泥砂漿流失石子外露，同時混凝土或呈蜂窩狀或露筋或脹裂。

4）各段槽身間分縫漏水嚴重，渡槽未設檢修橋，管養維護不方便。

針對上述情況，擬對2座渡槽拆除重建。新建渡槽進、出口高程及渡槽總長度不變，槽身為矩形混凝土槽，2座渡槽斷面尺寸相同，除進、出段跨度不統一外，2座渡槽中部各跨跨度統一為12 m，其中東山渡槽為29跨，最大支墩高度為26 m，頁村渡槽為17跨，最大支墩高度為9.6 m，渡槽槽墩為現澆鋼筋混凝土空心墩。

東干渠除東山渡槽、頁村渡槽外，余下的力呈渡槽、田村渡槽、稔村渡槽是為跨越河溝或洼地而建，槽身結構同東山渡槽、頁村渡槽一樣，亦為裝配式“U”型渡槽，而存在問題則與西干渠中的西云閣渡槽相類似，槽身、排柱表面有老化現象，分縫止水損毀嚴重，渡槽進口、出口過渡段砌體有損毀情況，但整體結構良好，主體結構予以保留，采取改造措施是槽身、進行排柱表面防老化襯護、新作分縫止水等措施。

3.4.3 隧洞改造方案。共成水庫灌區現有10個輸水隧洞，其中西干渠有中黃隧洞及十里隧洞，2個隧洞全洞段采用預制鋼筋混凝土構件襯砌，隧洞進、出口洞臉整體較好，只有局部地方砌體損壞，洞內襯砌結構完好、平整。其余8個隧洞布置在東干渠，各隧洞均全洞段進行了襯護，其中底板及側墻采用料石襯砌，拱頂采用預制混凝土楔形磚襯砌，隧洞進、出口洞臉整體較好，只有局部地方砌體損壞，洞內襯砌結構完好、平整。

由現場勘查，各隧洞洞徑小、襯砌結構完整，但淤積嚴重，經計算多數隧洞不滿足過流要求。本次工程對進出口局部損壞砌體進行修補，淤積深度0.13 m～0.63 m，平均淤積0.3 m，清淤后將滿足過流要求。

3.4.4 反虹吸管改造方案。西干渠有3座反虹吸管，虹吸管為鋼筋混凝土結構，管身結構完整，本次改造工程不作改造處理，但印村反虹吸管跨越集成河，由于下游河床下切，危及虹吸管跨河段的基礎，需進行防護處理，措施是于下游河床設沉管樁以保護管的基礎。工程改造后，各反虹吸管布置、長度及進、出口高程不變。印村反虹吸管加固基礎：印村反虹吸管跨越集成河，總長214 m，處于河床段約70 m左右，虹吸管的河床段原埋于河床下，由于下游河床的下切，現管頂已高于下游河床面達3 m左右，使管下游河床段形成陡坡段，河道過流時容易淘刷管基礎，同時兩岸崩塌，已做多次加固處理，但由于加固資金有限，均未能徹底處理，現管下游仍有護基松樁，但由于松樁較短，埋深淺，容易破壞。現擬于管下游設2排（每排并列3條管樁）鋼筋混凝土預制管沉樁進行基礎防護，樁長5 m，全部沉埋于河床砂層中，上、下游河床面設干砌石護面，下游兩岸設漿砌石重力墻護岸。

3.4.5 渠道管養站及交通橋。本次改造干渠段內，東、西干渠各有4座管養站，均是幾十年以前的磚木結構，已成為危房，下雨天不能住人，全部在原址進行重建，新建房為單層磚混結構，每座建筑面積50 m2。

本次改造的干渠內總共有小橋186座，其中東灌區行人小橋17座、機耕橋（或村道橋）37座，西灌區行人小橋37座、機耕橋（或村道橋）95座。現狀橋涵結構簡陋、混凝土板梁單薄、砌體支墩單薄且變形是最普遍情況，部分橋甚至是用木條架設、其上鋪土所建，很不安全。新建人行橋寬度1.5 m，機耕橋寬度2.5 m，橋面為簡支板梁式，橋墩采用現澆混凝土，橋跨按各渠道位置而定。

3.5 信息化系統設計

監控管理系統整體上由現場監控子系統、無線通信子系統、計算機管理子系統、市三防辦水雨情遙測顯示系統以及同水利工程管理中心聯網的遠程查詢子系統組成。

現場監控子系統包括：水雨情監控、閘門監控。現場監控子系統應有良好的擴展性，一旦需要，可以建立水電監控子系統并納入本系統中進行優化調度。

無線通信子系統以中控室值班機為中心，通過調制解調器和雙工電臺與設置在各現場的終端組成星形無線通信網絡。

布置在中控室的計算機管理子系統是整個系統的中心。以Windows為網絡操作系統構成局域網。選用高檔微機作為服務器，內置數據服務器（SQLsever）、web服務器、文件與打印服務器，并連接一Moden，通過電話線（或電臺）與外界聯絡，實現遠程查詢、互聯網等功能。選用微機作為離線管理計算機，運行離線管理軟件和辦公服務軟件。選用工業控制計算機（工控機）作為值班機（在線機），運行監控軟件，完成日常監控任務。

4 結語

綜上所述，通過本次灌區節水改造項目的建設加強了以水利為重點的農業基礎設施建設，改善了農業生產水利條件，提高了農業綜合生產能力特別是糧食綜合生產能力，提高了農民收入，使灌區達到節水用水、增產增收的目標。本工程建設投資經濟合理、社會效益顯著。