邢宇良

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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富錦市錦西灌區(qū)灌排結(jié)合渠道設(shè)計(jì)方案比選

邢宇良

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

灌排渠溝道結(jié)合布置方案是利用灌區(qū)范圍內(nèi)已形成網(wǎng)絡(luò)的排水骨干工程(排水干、支溝)兼做輸水的灌溉渠道。輸水到田間最末一級(jí)固定渠道后，由農(nóng)戶自行提水灌溉到田間。由于灌溉水位低，提水揚(yáng)程小，所以渠首運(yùn)行費(fèi)受益農(nóng)戶分?jǐn)傂。r(nóng)戶二次提水揚(yáng)程大，田間運(yùn)行費(fèi)高，導(dǎo)致灌區(qū)總運(yùn)行費(fèi)較高。通過對(duì)灌排結(jié)合渠道水面線的推求和比較，使灌區(qū)投資及運(yùn)行費(fèi)最低，且二次提水揚(yáng)程小，田間運(yùn)行費(fèi)低，農(nóng)戶更樂于接受，效益更好。

灌區(qū)；灌排結(jié)合；渠道水面線；運(yùn)行費(fèi)

0 前 言

錦西灌區(qū)灌溉排水渠(溝)道采用灌排結(jié)合方式。渠首泵站提水到干渠，再通過支渠輸送到田間最末一級(jí)固定渠道后，由分散泵站二次提水到田間。在設(shè)計(jì)保證率情況下，松花江設(shè)計(jì)水位和田間耕地要求灌溉水位差基本不變，渠首泵站揚(yáng)程加田間二次提水泵站揚(yáng)程之和基本是定值[1]。渠首泵站揚(yáng)程大，田間二次提水泵站揚(yáng)程就小。渠首提水泵站揚(yáng)程高低決定田間二次提水面積(即田間分散建二次提水泵站的數(shù)量)和運(yùn)行費(fèi)的大小。

1 灌溉渠道設(shè)計(jì)水位方案

根據(jù)本灌區(qū)骨干輸水渠道灌排結(jié)合的特點(diǎn)，首先率定灌排結(jié)合渠道灌溉水位與排水水位之間的關(guān)系。

1)基本方案——按照黑龍江省三江平原地區(qū)灌區(qū)采用灌排結(jié)合的常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，灌溉水位不高于排水水位，保證灌溉期排澇順暢。

2)比較方案——利用渠道上建設(shè)節(jié)制閘雍高灌溉水位高于排水水位，灌溉期排澇充分利用灌區(qū)現(xiàn)代化自動(dòng)控制手段，調(diào)控節(jié)制閘開啟，保證灌溉期排澇順暢，避免發(fā)生因排水不暢引起澇災(zāi)。

按照以上水位方案，本次擬定渠道深挖方案和渠堤填高方案。

1.1 方案一：渠道深挖方案

渠道深挖方案是灌排結(jié)合渠道，在排水設(shè)計(jì)水位確定渠道規(guī)模的基礎(chǔ)上推求灌溉水位，渠道設(shè)計(jì)水位是灌溉水位和排水水位的外包線。該方案為基本方案。

針對(duì)本項(xiàng)目骨干輸水渠道灌溉與排水方向相同的特點(diǎn)，在以排水確定的渠道規(guī)模的基礎(chǔ)上推求灌溉水位，灌溉水面線與排水水面線有交叉點(diǎn)，交叉點(diǎn)上游灌溉水面線高于排水水面線，交叉點(diǎn)下游灌溉水面線低于排水水面線，交叉點(diǎn)下游需布設(shè)節(jié)制閘雍高灌溉水面線不低于排水水面線。

本灌區(qū)花馬、山西干渠及頭林、二林分干均為灌排結(jié)合渠道，灌溉與排水方向相同。深挖方案，灌排結(jié)合干渠設(shè)計(jì)灌溉水面線平均低于干渠兩側(cè)耕地地面0.5m左右，總干渠為單灌渠道，灌溉設(shè)計(jì)水面線高于兩側(cè)耕地地面1.0m左右[2]。

1.2 方案二：筑堤方案

灌排結(jié)合渠道灌溉水位高于排水水位，排水水位由田面逐級(jí)推求而得；灌溉水位根據(jù)干渠兩側(cè)耕地地面高程確定灌溉水位，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，以求兩側(cè)有較大的自流面積。(田間不用二次提水及提水揚(yáng)程在0.5m以下的灌溉面積，以下“自流面積”均與此含義相同)。灌溉水位由干渠上設(shè)置節(jié)制閘壅高灌溉水位，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，達(dá)到干渠兩側(cè)耕地自流灌溉面積最大的目的。

方案二為抬高干渠灌溉水位，高于排水水位。首先干渠、分干渠灌溉水位不能平渠道兩側(cè)耕地地面，如果灌溉水位平兩側(cè)耕地地面，干渠、分干渠兩側(cè)耕地基本沒有自流面積。因此灌溉水位平兩側(cè)耕地地面高程的方案不考慮。

根據(jù)本灌區(qū)地形平緩，灌溉水位變化對(duì)干渠兩側(cè)自流灌溉面積影響較大特點(diǎn)，本次將方案二又分3個(gè)子方案：①干渠設(shè)計(jì)灌溉水位平均高于兩側(cè)耕地地面高程0.2m左右；②平均高0.5m左右；③平均高0.7m左右。

2 方案分析

2.1 方案一：渠道深挖方案

本方案渠道水面線為灌溉與排水水面線的外包線。

根據(jù)灌溉、排水流量最大值確定灌溉渠道上、下段水位；由于灌溉輸水干渠灌溉與排水方向相同，渠段內(nèi)下段排水流量大，排水水位高于灌溉水位；上游段灌溉流量大，灌溉水位高于排水水位。為使干支斗農(nóng)系統(tǒng)銜接自流順暢，灌溉水位低于排水水位渠段需布設(shè)節(jié)制閘雍高灌溉水位，使灌溉水位不低于排水水位。

2.2 方案二：筑堤方案

1)灌溉水位方案選擇：

本方案渠道灌溉水位高于排水水位方案。用節(jié)制閘雍高灌溉水位，使灌溉水位高于兩側(cè)耕地地面高程，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，自流灌溉面積最大。

2)確定方案的選擇原則：

干渠灌溉與排水方向相同，兩側(cè)灌排支渠(溝)灌溉與排水方向相反。灌排結(jié)合渠道灌溉水位高于地面，需要由節(jié)制閘來控制。

干渠分水口后布設(shè)節(jié)制閘：①為保證干渠灌溉水位逆排水支溝(倒底坡)用水至支渠(溝)末端，保證灌溉水從干渠(溝)自流到田間最末一級(jí)固定農(nóng)渠(溝)；②根據(jù)干渠及分干渠、支渠兩側(cè)耕地地面高程、沿線地形及現(xiàn)有排干的斷面情況，綜合考慮田間自流灌溉面積最大。

灌排結(jié)合干渠水位推求：首先排水水面線由田間逐級(jí)向上推求到干渠而得。然后根據(jù)灌溉干渠兩側(cè)耕地地面高程、沿線地形，初步確定干渠設(shè)計(jì)灌溉水位，以求干支渠兩側(cè)沿線有較大自流灌溉面積；該設(shè)計(jì)水位由布置在干渠分水口上的節(jié)制閘來控制。

方案選定的原則：利用節(jié)制閘雍高干渠水位后，以方案一為基礎(chǔ)方案，方案二渠首泵站、骨干及田間工程增加的工程投資要小于田間由于自流灌溉面積增大所減少二次提水(分散)泵站運(yùn)行費(fèi)(現(xiàn)值)，同時(shí)選定方案的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要最優(yōu)。

3)筑堤三方案工程指標(biāo)見表1。

表1 泵站布局(灌溉水位)方案工程投資比較表

表1 泵站布局(灌溉水位)方案工程投資比較表 續(xù)表

2.3 方案二子方案分別與基本方案一比較

根據(jù)方案選定原則，方案二-1、方案二-2、方案二-3分別與方案一比較，最優(yōu)方案為：灌溉水位提高以后，工程增加的投資與渠首增加運(yùn)行費(fèi)之和小于田間自流面積增大所減小的田間二次提水泵站的運(yùn)行費(fèi)。

方案二-1總投資較小，與方案一比較工程需要增加投資(包括增加渠首運(yùn)行費(fèi))小于田間二次提水減少的運(yùn)行費(fèi)(現(xiàn)值)；方案二-2和方案二-3工程增加的投資(包括增加渠首運(yùn)行費(fèi))均大于減小的運(yùn)行費(fèi)。因此，從經(jīng)濟(jì)角度分析方案二-1是經(jīng)濟(jì)合理的。

方案一與方案二工程投資及運(yùn)行費(fèi)比較詳見表2。方案二-1、方案二-2、方案二-3分別與方案一比較，工程增加投資與減少田間泵站運(yùn)行費(fèi)比較詳見表2。各方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)詳見表3。各方案分區(qū)自流灌溉面積詳見表4。

表2 堤加高方案與深挖方案增加 工程投資與運(yùn)行費(fèi)比較表

3 方案選定

在灌區(qū)總灌溉面積一定、灌溉水源、灌排結(jié)合方式不變前提下，比較方案一和方案二。

3.1 方案一

優(yōu)點(diǎn)：灌排結(jié)合渠道為深挖方案，灌溉水位基本不高于排水水位，灌溉期排澇安全有保障。工程投資較??；渠首揚(yáng)程較小，渠首泵站年運(yùn)行費(fèi)(現(xiàn)值)較小。

表3 堤加高方案與深挖方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

缺點(diǎn)一：灌排結(jié)合渠道灌溉水位較低，為使上一級(jí)渠道能自流輸送到下一渠道，干支斗農(nóng)渠道需要逐級(jí)深挖，降低最末端固定渠道設(shè)計(jì)渠底。經(jīng)計(jì)算灌排結(jié)合干渠在原有溝底基礎(chǔ)上要平均挖深較大，挖方棄土較大，棄土料場(chǎng)占地面積較大，復(fù)耕及水保措施投資較大。

缺點(diǎn)二：渠道灌溉水位不高于設(shè)計(jì)排澇水位，渠首一次提水后，田間自流灌溉面積較小，二次提水的田間運(yùn)行費(fèi)(現(xiàn)值)較大，受益農(nóng)戶不支持。

缺點(diǎn)三：方案一經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為8.01%，大于8%的社會(huì)折現(xiàn)率，效益費(fèi)用比等于1.0；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為228萬元。工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)基本滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)要求。

3.2 方案二

優(yōu)點(diǎn)一：除總干渠和花馬干渠、山西干渠新建段外，其他渠段基本能達(dá)到土方挖填平衡，棄土量較小，棄土臨時(shí)征占地和需復(fù)耕面積較小。該方案得到受益農(nóng)戶和建設(shè)單位的極大支持，對(duì)項(xiàng)目區(qū)社會(huì)穩(wěn)定做出較大貢獻(xiàn)。

優(yōu)點(diǎn)二：灌溉渠道干渠輸水到支渠、斗渠、農(nóng)渠全部自流，水位銜接條件較好，同時(shí)干支渠兩側(cè)有較大自流灌溉面，田間二次提水泵站運(yùn)行費(fèi)較小，當(dāng)?shù)卣褪芤孓r(nóng)戶非常支持和高度認(rèn)可。

優(yōu)點(diǎn)三：方案二-1經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為8.07%，大于8%的社會(huì)折現(xiàn)率，效益費(fèi)用比為1.01大于1；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為1778萬元。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，均優(yōu)于方案一。

缺點(diǎn)：工程投資比方案一投資多；灌排結(jié)合渠道灌溉水位高于排水水位，灌溉期排澇水，對(duì)灌區(qū)水位監(jiān)測(cè)、干渠上節(jié)制閘自動(dòng)控制要求比較高。渠首揚(yáng)程稍大，渠首泵站年運(yùn)行費(fèi)較大。

3.3 方案選定

方案二-1較方案一田間自流面積大，臨時(shí)占地少，經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)越，群眾支持度高，社會(huì)穩(wěn)定效果好。同時(shí)，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代，用現(xiàn)代化自動(dòng)控制手段對(duì)干渠上節(jié)制閘進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制都是可為和運(yùn)用自如的，也是灌區(qū)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

綜上分析，并通過征求和受益農(nóng)戶意見，本次選擇方案二-1為確定方案。該方案灌排結(jié)合渠道灌溉水位高于排水水位，排水水位由田面逐級(jí)推求而得；灌溉水位根據(jù)干渠兩側(cè)耕地地面高程確定，灌溉水位由干渠上設(shè)置節(jié)制閘壅高灌溉水位，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，達(dá)到干渠兩側(cè)耕地自流灌溉面積最大的目的。

表4 堤加高方案與深挖方案田間自流灌溉面積和設(shè)計(jì)灌溉面積占比表 萬hm2

注：表中自流灌溉面積是指田間不用二次提水和二次提水揚(yáng)程小于0.5m的灌溉面積。

[1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省富錦市錦西灌區(qū)規(guī)劃[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2014.

[2]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省富錦市錦西灌區(qū)可行性研究[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2015.

[3]王士蘭.灌排合一渠道在牡丹江基本農(nóng)田保護(hù)示范區(qū)的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2013(09):56-58.

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[5]雷興元.黑龍江省典型灌區(qū)灌排兩用田間渠道優(yōu)化模式研究[D]. 哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

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1007-7596(2017)01-0061-04

2016-12-22

邢宇良(1987-)，男，黑龍江哈爾濱人,工程師。

S274.4

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