鄭秀麗

（朔州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 朔州 036002）

1 灌區(qū)概況

渾河屬海河流域永定河水系，桑干河的一級(jí)支流。渾河灌區(qū)位于渾河下游，灌區(qū)水源由渾河干流上的鎮(zhèn)子梁水庫(kù)調(diào)節(jié)供給。鎮(zhèn)子梁水庫(kù)總庫(kù)容4 940萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主兼顧防洪的中型水庫(kù)，現(xiàn)有效庫(kù)容1 755萬(wàn)m3，淤積庫(kù)容3 185萬(wàn)m3。渾河灌區(qū)的氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)型氣候，冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱而雨量集中，秋季風(fēng)多雨少。區(qū)域內(nèi)多年平均年降雨量為371 mm，降雨量年季變化較大。豐雨年達(dá)654 mm，少雨年僅為220.4 mm，且年內(nèi)分配極不均勻，年內(nèi)降雨主要集中在7～9月份，占全年降雨量的70%左右，多年平均蒸發(fā)量為1 913 mm。

2 工程現(xiàn)狀與規(guī)模

2.1 地質(zhì)地貌

渾河灌區(qū)節(jié)水改造工程，地處恒山支脈龍首山西側(cè)的山前洪積傾斜平原和桑干河、渾河沖積平原，總的地形趨勢(shì)為東高西低，海拔高程990～1 000 m之間。大部分工程均位于沖積粘土之上，該類地層土層厚，土質(zhì)結(jié)構(gòu)較密實(shí)，承載力相對(duì)較高，達(dá)100 kPa，基本可以滿足閘基及渠系建筑物對(duì)場(chǎng)地的地質(zhì)要求。

2.2 灌區(qū)現(xiàn)狀

渠系建筑物多修建于50年代，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，大部分工程已老化破壞。由于部分土質(zhì)含鹽量高，排水不暢，灌排失當(dāng)，次生鹽漬化存在已久。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自流灌溉平均用水量高達(dá)3 300 m3/hm2，其渠系損失系數(shù)達(dá)52%，田間損失系數(shù)達(dá)28%，而灌溉水綜合利用系數(shù)為0.35。

2.3 工程任務(wù)和規(guī)模

灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積14 666.67 hm2，有效灌溉面積9 346.67 hm2；規(guī)劃節(jié)水面積（按有效灌溉面積考慮）南干渠片節(jié)水改造規(guī)模2 506.67 hm2。根據(jù)灌區(qū)水土資源平衡結(jié)果，到設(shè)計(jì)水平年2015年，灌區(qū)用于灌溉的地表水資源量多年平均值為1 462.63萬(wàn)m3。本次節(jié)水面積范圍內(nèi)考慮干、斗渠全部防滲及渠系建筑物配套改建，使灌溉水利用系數(shù)由0.45提高到0.61，年可節(jié)水128.7萬(wàn)m3。

通過(guò)渠系節(jié)水工程建設(shè)，使灌區(qū)流域內(nèi)有限的水資源得以充分利用，使渠系水的利用率盡可能的提高。從灌區(qū)所處的區(qū)域來(lái)看，渾河灌區(qū)位于海河流域永定河水系上游，灌區(qū)節(jié)水可緩解下游首都北京乃至周邊區(qū)域的水荒，對(duì)整個(gè)永定河水系域有著較為積極的作用。

3 節(jié)水改造工程設(shè)計(jì)

3.1 工程等別及建筑物級(jí)別

工程等級(jí)。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，確定該工程引水樞紐等別為Ⅲ等3級(jí)；根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定南干渠及干渠建筑物工程級(jí)別為5級(jí)。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定灌溉保證率P為50%，干渠及渠道建筑物相應(yīng)防洪標(biāo)準(zhǔn)P=10%。抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7度。

3.2 工程布置

節(jié)水改造工程的主要項(xiàng)目，南干渠的渠道防滲，總長(zhǎng)12.45 km。

根據(jù)原灌區(qū)布局，結(jié)合現(xiàn)行管理運(yùn)行實(shí)際情況，確定工程布置原則：盡量維持原灌區(qū)布置格局，適當(dāng)照顧群眾長(zhǎng)期以來(lái)形成的引水澆地習(xí)慣；要為發(fā)展高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化創(chuàng)造條件；田面工程規(guī)劃要水、田、林、路統(tǒng)一考慮，旱、澇、堿、漬綜合治理，使田面工程達(dá)到田園化標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 渠道設(shè)計(jì)

3.3.1 渠道流量、糙率及縱向比降的確定

灌溉渠道的設(shè)計(jì)流量，是指渠道在正常過(guò)水情況下的流量，與渠道所控制的灌溉面積、作物灌溉制度以及渠道的工作制度有關(guān)。本灌區(qū)干、支渠采用續(xù)灌，斗、農(nóng)渠輪灌工作制度，依據(jù)灌區(qū)設(shè)計(jì)灌水率及灌溉面積，確定各級(jí)渠道設(shè)計(jì)流量。據(jù)前設(shè)計(jì)水平年P(guān)=50%灌水率，每萬(wàn)畝凈灌水率q為0.28 m3/s，綜合凈灌溉定額為1 061.25 m3/hm2。南干渠設(shè)計(jì)灌溉面積A為4.47萬(wàn)畝，灌溉水利用率η水為61%。設(shè)計(jì)流量Q設(shè)計(jì)算公式：

計(jì)算得渠道設(shè)計(jì)流量，Q設(shè)=2.05 m3/s，依據(jù)根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50288—99），取加大系數(shù)1.2，Q加=2.5 m3/s。

根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，按南干渠的防滲形式選擇渠道糙率，漿砌石形式取0.025，混凝土形式取0.017，漿砌石與混凝土混合形式以加權(quán)平均計(jì)算渠道糙率。渠道縱坡盡量維持原設(shè)計(jì)縱坡，局部作調(diào)整。

3.3.2 渠道防滲襯砌形式的選擇

為減少渠道滲漏，充分利用水資源，防止渠道滲透破壞，本次節(jié)水改造對(duì)所改造的干、斗渠道進(jìn)行全面防滲處理。根據(jù)不同斷面形式、不同地質(zhì)條件，采用不同的渠道襯砌結(jié)構(gòu)形式的原則。依據(jù)渾河灌區(qū)氣候、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，參考相鄰灌區(qū)成功經(jīng)驗(yàn)，選擇干渠渠道防滲形式，盡可能采用經(jīng)久耐用、適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、施工質(zhì)量容易控制、抗凍脹性能較好的漿砌石或混凝土及兩者混合的襯砌形式。

對(duì)于漿砌石方案，渠底寬考慮到渠道的現(xiàn)狀并為減少土方工程量，采用經(jīng)濟(jì)實(shí)用型斷面，取渠底寬4.0 m原土夯實(shí)，在護(hù)堤及原土夯實(shí)底部鋪設(shè)防滲土工膜，上覆30 cm厚M7.5漿砌石或30 cm厚河卵石防沖層，渠堤兩側(cè)采用M7.5漿砌石護(hù)堤。

對(duì)于混凝土方案，全斷面進(jìn)行襯砌，采用15 cm厚C20漿砌預(yù)制混凝土板下鋪防滲土工膜的防滲形式。

對(duì)于漿砌石與混凝土混合方案，渠堤兩側(cè)采用M7.5漿砌石護(hù)堤，渠道底部從上自下分別為15 cm厚C20現(xiàn)澆混凝土板、防滲土工膜、30 cm厚河卵石墊層（抗凍脹設(shè)置），其中土工膜與渠堤后的防滲膜相接。

經(jīng)過(guò)計(jì)算比較，漿砌石全斷面襯砌、漿砌石現(xiàn)澆混凝土混合襯砌兩種形式直接費(fèi)接近，并高于漿砌石護(hù)堤河卵石護(hù)底形式，及預(yù)制混凝土襯砌形式。但據(jù)已成工程經(jīng)驗(yàn)，砌石襯砌形式抗凍脹性能較好，適宜在寒冷地區(qū)使用，又不存在失盜問(wèn)題。同時(shí)考慮到漿砌石護(hù)底質(zhì)量難以控制，及預(yù)制混凝土板斜坡施工難度大質(zhì)量很難保證，加之板塊極易被盜這一事實(shí)。因此，本次設(shè)計(jì)干渠防滲形式選擇漿砌石現(xiàn)澆混凝土混合襯砌方案，即渠堤采用M7.5漿砌石、渠底采用現(xiàn)澆C20（F100）混凝土下襯河卵石。

3.3.3 渠道標(biāo)準(zhǔn)斷面及防滲設(shè)計(jì)

南干渠橫斷面為梯形，渠道內(nèi)邊坡系數(shù)為1∶0.3。渠堤兩側(cè)采用M7.5漿砌石護(hù)堤，護(hù)堤頂寬30 cm，高100 cm（6+810以后90 cm），底寬85 cm（6+810以后80 cm）。渠道底部從上自下分別為15 cm厚現(xiàn)澆C20（F100）混凝土、一布一膜復(fù)合土工膜（0.2 mm/100 g）、下墊30 cm厚河卵石、原狀土。護(hù)堤頂部采用C15現(xiàn)澆混凝土壓頂，厚8 cm。渠道外邊坡系數(shù)為1∶1.5。南干渠右渠堤頂寬5 m，作為行車巡渠路，左渠堤頂寬3 m，作為人行便道。渠道防滲根據(jù)渾河灌區(qū)氣候、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件及當(dāng)?shù)匾殉晒こ探?jīng)驗(yàn)，在護(hù)堤背后及混凝土底部鋪設(shè)防滲土工膜，土工膜采用一布一膜，膜厚0.2mm，土工布100g/m2，防滲布高度超加大水位10 cm，漿砌石與膜之間抹一層3 cm厚黃泥土過(guò)渡層，以免扎破土工膜。

4 結(jié)論

渾河灌區(qū)南干渠節(jié)水改造工程項(xiàng)目實(shí)施后，大幅度提高了灌溉水的有效利用率和水分生產(chǎn)率，并對(duì)維持項(xiàng)目區(qū)地下水補(bǔ)排平衡，加大河川徑流發(fā)揮了重要作用，每年可向下游多輸水128.7萬(wàn)m3，改善首都地區(qū)水資源環(huán)境，有利于水資源的可持續(xù)利用。此外，通過(guò)發(fā)展節(jié)水灌溉，可提高項(xiàng)目區(qū)灌溉保證率，有效改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，有助于項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，增加農(nóng)民收入，社會(huì)效益顯著。