王石灌區節水改造方案比選及實施效果研究

張 亮

(遼寧省綏中縣水利事務服務中心，遼寧 綏中 125205)

1 灌區概況

1.1 基本情況

王石灌區位于葫蘆島市綏中縣境內，灌區內河流的徑流大部分由天然降雨形成，小河流多為季節性河流。徑流量在年內及年際變化較大。灌區內有六股河、王寶河、貓眼河、狗河、石河5條面積超過100km2的河流。多年平均過境水量為3.216 億m3，區內多年平均徑流量1.384 億m3，多年平均總徑流量為4.6 億m3。

王石灌區總耕地面積2.68萬hm2，設計灌溉2.08萬hm2，實際灌溉1.4 萬hm2，其中水田2667hm2，麥田1333hm2，菜田1667hm2，玉米7333hm2，其它糧食作物1000hm2。全灌區水源工程現有大風口、龍屯兩座大（2）型水庫，攔河引水工程有六股河、狼洞子、大官、長江、古塔、新開河、程家、選將、前朱共9 處。渠系工程現有總干渠2 條長53.9km，建筑物254 座，已襯砌長度7.9km；干渠17 條長113.94km，建筑物422 座，已襯砌長度16.88km；支渠57 條長114.5km，建筑物1142 座。

1.2 灌區現狀

王石灌區以六股河和大官攔河引水、大風口、龍屯兩座大（2）型水庫為骨干水源工程，灌區內7 處小型攔河引水工程為輔助水源工程。充分利用過境水量、區內徑流量、灌區回歸水量，初步形成了能夠跨流域調水，梯級開發綜合利用的供水網絡。

王石灌區建成于1978 年底基本竣工，當時由于資金不足和社會因素的影響，工程設計標準較低，尾工大。如龍屯總干渠工程質量低劣，有些渠段不能正常使用，支渠及以下工程配套差，大部分輸水渠道位于丘陵區，環山布設，土質為風化巖及砂壤土，滲漏嚴重，輸水損失非常驚人。渠系建筑物經過多年運用，工程老化，破損嚴重，進出口沉陷，主體裂紋，個別建筑物帶病運行，對灌區運行極為不利。

早期曾對該灌區進行維修改造，使大部分渠道能正常供水，后期又投入部分資金用于建筑物維修和重要區段的防滲處理，因資金有限，不能徹底解決渠道滲漏和建筑物老化等一系列問題。例如，因渠系工程不配套，致使大部分土地不能灌溉，并造成水資源的嚴重浪費。另外，為滿足7333hm2玉米的農業灌溉要求，每年灌區內要提3000 萬m3地下水，占可開采量的80%，造成部分地區地下水位下降，原來用的離心泵不得不改用深井泵，況且渠系及建筑物受占地、地質、地形等多因素制約，年久失修，傳統的單灌單排方式，工程永久占地面積大且交叉建筑物數量多，投資成本高。農田灌溉無法充分利用區間地表水，農戶分攤渠首運行費較多，農戶接受程度低。因此，必須徹底改變這種不合理的運行方式和渠系灌水狀況[1-3]。

2 灌區節水改造方案比選

2.1 渠線布置方式

通過調查分析及現場實地勘測，現有干支渠比較規整且布置合理?？紤]到在已有渠道上改建存在一定難度，加之部分渠系已沖刷破壞、灌溉與施工矛盾等因素，比較分析兩條渠線方案，如表1所示。

表1 渠線布置方案

方案①：保持原有布置不變，對渠線實施改造；方案②新選一條渠線緊鄰原渠線一側，施工導流選用原渠道，舊渠堤一側被新舊渠線共用。

經長期運行，現有渠道整體非常穩定，并且農田高程、下級渠道和渠系建筑物的底高程已定，渠線布置合理可以滿足實際灌溉需求，渠線兩側的條田、林帶和巡渠的道路已形成，重新改線則很難實現土地資源的高效利用，具體的實施難度也較高。因此，本次干支渠改建工程建議選擇方案①：在原渠基上實施襯砌防滲、清淤、整治和改建。

2.2 渠道斷面型式

目前，大中型渠道主要有梯形斷面弧底梯形及弧形坡腳、梯形斷面3 種橫斷面型式?？紤]到梯形斷面渠道的水流條件與梯形斷面弧形坡腳渠道相差不大，但坡腳處施工難度較大且施工放線不易，一般具有較高的施工質量要求，故本次設計可比選分析弧底梯形斷面和梯形斷面兩種渠道橫斷面，具體如下：

1）弧底梯形斷面具有較高的施工質量要求，施工難度也高于梯形斷面，渠底泥沙較為集中易出現集中磨損的問題，但渠底抗凍脹性能優于梯形斷面。

2）梯形斷面渠底泥沙分散，施工簡單，可以有效防止底板集中磨損現象的出現，渠道流量較小時坡腳處易產生淤積，其抗凍脹性能稍差。

根據實際運行情況，雖然引水沉沙設施布設于渠道首段樞紐處，但考慮到屬于傍山渠道的實際情況，沿渠泥沙進入渠道，泥沙在一定程度上磨損渠底，使得渠底使用年限明顯減少，雖然弧底的抗凍脹效果優于平渠底，但利用砂礫石換填后能夠有效解決平渠底抗凍脹問題[4-6]。

總體而言，弧底梯形渠道受水流攜帶的泥沙磨損作用，渠底產生一定破壞，渠道使用年限大大縮短，這種渠系斷面的施工難度也較高，故推薦選用梯形斷面作為渠道橫斷面型式。

2.3 斷面襯砌方案

對于基本渠道斷面等不選用復合土工膜防滲的渠道，設計同一流量參數、同一縱坡進行方案比選，如表2 所示。

表2 渠道襯砌方案

方案①：C20 預制板襯砌，板下鋪設砂礫石墊層厚40cm，邊坡比1:1.5，邊坡選用厚5cm 的C20預制板。方案②：C20 現澆混凝土板襯砌，板下鋪設砂礫石墊層厚度40cm，邊坡比1:1.5，底板和邊板厚均為12cm，全斷面防滲襯砌；方案③：C20細石混凝土襯砌，砂礫石墊層厚40cm，邊坡比1:1.5，砌石厚度30cm，全斷面防護襯砌。

從投資成本、運行效果、抗凍脹性能、質量控制、施工期和建筑材料等角度，對比分析以上3 個方案。結果顯示，方案①的防滲效果一般，人工費用高，很難保證砌筑質量且工期較長；方案②具有投資較少、抗滲抗沖性好、草綠地、施工方便、原材料充足、所需工期短等優點；方案③具有可提前預支、施工方便、糙率小、縮短空氣、原材料充足等優點，但其板縫多，具有抗沖能力和防滲效果較差等特點。總體而言，考慮到渠系水流流速和渠道縱坡較大的實際情況，本次渠系改造工程推薦選用方案②的襯砌型式，即C20 現澆混凝土襯砌。

3 灌區節水改造實施效果

3.1 提高農產品產值和生產力

工程實施后給當地農民帶來了顯著的經濟效益，農作物種植面積3535.33hm2，主要有油料、豆類、冬小麥、水稻、甜菜等農作物。其中，油料增產800kg/hm2，豆類增產650kg/hm2，小麥增產1300kg/hm2，總增產量達到3463.24t，總增產值達到1862 萬元，分攤系數取0.36 則灌溉效益達到671 萬元，如表3 所示。

表3 新增農產品產值

3.2 改善農業生產條件

通過建設實施以水利為重點的干支渠及其渠系建筑物等農業基礎設施，維修改造灌區內骨干工程和田間工程，恢復工程灌排標準，完善節水設施與配套工程，改造后的渠系用水效率從原來的0.52明顯提高到當前的0.68，有效解決了灌區內用水短缺的問題，大幅度增加的有效利用水量可用于恢復棄耕地和改良中低產田，實現灌區的持續運行和長效發展。

3.3 生態和社會效益

灌區節水改造后，為改善局地氣候和促進生物量的增長提供了有利條件，耕地的實時適量灌溉勢必會改良土壤類型，更好地促進農牧業生產發展；此外，項目實施后有效保證了灌溉水量，為逐步實施其他資金規劃的水保項目提供保障，加強林網和人工草場的建設，防風固沙，大大提高植被覆蓋度和農業生產環境質量，加快形成灌區林、農、漁、牧協調發展的生態環境。

王石灌區屬于畜牧產品及糧油生產基地，通過節水改造有利于減輕鄉、鎮和社會壓力，提高農民經濟收入，更好地維持社會穩定；通過對農田水利設施的進一步完善，有效解決了灌區內交通設施差、渠系灌排滲漏等問題；通過綜合整治中低產田、荒地、林草和水域等，使當地生產條件及生態環境明顯改善，大大提升了耕地質量和農業生產力，對增強農業發展后勁以及保證耕地總量動態平衡以及加快推進土地整治工作等具有模范示范作用。

4 結論

本文比選了灌區襯砌方式、斷面型式和曲線布置方案，最終選擇使用C20 現澆混凝土板襯砌、梯形斷面型式、維持現有渠線布置的改造方案。灌區改造后，總增產量達到3463.24t，總增產值達到1862 萬元，灌溉效益達到671 萬元，達到了增產增收和改善農業生產條件、生態環境的目的。