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        王石灌區(qū)節(jié)水改造方案比選及實(shí)施效果研究

        2023-03-08 15:21:28
        黑龍江水利科技 2023年1期
        關(guān)鍵詞:渠系梯形建筑物

        張 亮

        (遼寧省綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 綏中 125205)

        1 灌區(qū)概況

        1.1 基本情況

        王石灌區(qū)位于葫蘆島市綏中縣境內(nèi),灌區(qū)內(nèi)河流的徑流大部分由天然降雨形成,小河流多為季節(jié)性河流。徑流量在年內(nèi)及年際變化較大。灌區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)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(qū)總耕地面積2.68萬hm2,設(shè)計(jì)灌溉2.08萬hm2,實(shí)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(qū)水源工程現(xiàn)有大風(fēng)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(xiàn)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(qū)現(xiàn)狀

        王石灌區(qū)以六股河和大官攔河引水、大風(fēng)口、龍屯兩座大(2)型水庫為骨干水源工程,灌區(qū)內(nèi)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(qū)內(nèi)徑流量、灌區(qū)回歸水量,初步形成了能夠跨流域調(diào)水,梯級開發(fā)綜合利用的供水網(wǎng)絡(luò)。

        王石灌區(qū)建成于1978 年底基本竣工,當(dāng)時(shí)由于資金不足和社會因素的影響,工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低,尾工大。如龍屯總干渠工程質(zhì)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(qū),環(huán)山布設(shè),土質(zhì)為風(fēng)化巖及砂壤土,滲漏嚴(yán)重,輸水損失非常驚人。渠系建筑物經(jīng)過多年運(yùn)用,工程老化,破損嚴(yán)重,進(jìn)出口沉陷,主體裂紋,個(gè)別建筑物帶病運(yùn)行,對灌區(qū)運(yùn)行極為不利。

        早期曾對該灌區(qū)進(jìn)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(qū)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(yán)重浪費(fèi)。另外,為滿足7333hm2玉米的農(nóng)業(yè)灌溉要求,每年灌區(qū)內(nèi)要提3000 萬m3地下水,占可開采量的80%,造成部分地區(qū)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(zhì)、地形等多因素制約,年久失修,傳統(tǒng)的單灌單排方式,工程永久占地面積大且交叉建筑物數(shù)量多,投資成本高。農(nóng)田灌溉無法充分利用區(qū)間地表水,農(nóng)戶分?jǐn)偳走\(yùn)行費(fèi)較多,農(nóng)戶接受程度低。因此,必須徹底改變這種不合理的運(yùn)行方式和渠系灌水狀況[1-3]。

        2 灌區(qū)節(jié)水改造方案比選

        2.1 渠線布置方式

        通過調(diào)查分析及現(xiàn)場實(shí)地勘測,現(xiàn)有干支渠比較規(guī)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(shí)施改造;方案②新選一條渠線緊鄰原渠線一側(cè),施工導(dǎo)流選用原渠道,舊渠堤一側(cè)被新舊渠線共用。

        經(jīng)長期運(yùn)行,現(xiàn)有渠道整體非常穩(wěn)定,并且農(nóng)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(shí)際灌溉需求,渠線兩側(cè)的條田、林帶和巡渠的道路已形成,重新改線則很難實(shí)現(xiàn)土地資源的高效利用,具體的實(shí)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(shí)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(zhì)量要求,故本次設(shè)計(jì)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(zhì)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(xiàn)集中磨損的問題,但渠底抗凍脹性能優(yōu)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(xiàn)象的出現(xiàn),渠道流量較小時(shí)坡腳處易產(chǎn)生淤積,其抗凍脹性能稍差。

        根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況,雖然引水沉沙設(shè)施布設(shè)于渠道首段樞紐處,但考慮到屬于傍山渠道的實(shí)際情況,沿渠泥沙進(jìn)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(yōu)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(chǎn)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(fù)合土工膜防滲的渠道,設(shè)計(jì)同一流量參數(shù)、同一縱坡進(jìn)行方案比選,如表2 所示。

        表2 渠道襯砌方案

        方案①:C20 預(yù)制板襯砌,板下鋪設(shè)砂礫石墊層厚40cm,邊坡比1:1.5,邊坡選用厚5cm 的C20預(yù)制板。方案②:C20 現(xiàn)澆混凝土板襯砌,板下鋪設(shè)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(xì)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(hù)襯砌。

        從投資成本、運(yùn)行效果、抗凍脹性能、質(zhì)量控制、施工期和建筑材料等角度,對比分析以上3 個(gè)方案。結(jié)果顯示,方案①的防滲效果一般,人工費(fèi)用高,很難保證砌筑質(zhì)量且工期較長;方案②具有投資較少、抗?jié)B抗沖性好、草綠地、施工方便、原材料充足、所需工期短等優(yōu)點(diǎn);方案③具有可提前預(yù)支、施工方便、糙率小、縮短空氣、原材料充足等優(yōu)點(diǎn),但其板縫多,具有抗沖能力和防滲效果較差等特點(diǎn)。總體而言,考慮到渠系水流流速和渠道縱坡較大的實(shí)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(xiàn)澆混凝土襯砌。

        3 灌區(qū)節(jié)水改造實(shí)施效果

        3.1 提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值和生產(chǎn)力

        工程實(shí)施后給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,農(nóng)作物種植面積3535.33hm2,主要有油料、豆類、冬小麥、水稻、甜菜等農(nóng)作物。其中,油料增產(chǎn)800kg/hm2,豆類增產(chǎn)650kg/hm2,小麥增產(chǎn)1300kg/hm2,總增產(chǎn)量達(dá)到3463.24t,總增產(chǎn)值達(dá)到1862 萬元,分?jǐn)傁禂?shù)取0.36 則灌溉效益達(dá)到671 萬元,如表3 所示。

        表3 新增農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值

        3.2 改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件

        通過建設(shè)實(shí)施以水利為重點(diǎn)的干支渠及其渠系建筑物等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,維修改造灌區(qū)內(nèi)骨干工程和田間工程,恢復(fù)工程灌排標(biāo)準(zhǔn),完善節(jié)水設(shè)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(dāng)前的0.68,有效解決了灌區(qū)內(nèi)用水短缺的問題,大幅度增加的有效利用水量可用于恢復(fù)棄耕地和改良中低產(chǎn)田,實(shí)現(xiàn)灌區(qū)的持續(xù)運(yùn)行和長效發(fā)展。

        3.3 生態(tài)和社會效益

        灌區(qū)節(jié)水改造后,為改善局地氣候和促進(jìn)生物量的增長提供了有利條件,耕地的實(shí)時(shí)適量灌溉勢必會改良土壤類型,更好地促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展;此外,項(xiàng)目實(shí)施后有效保證了灌溉水量,為逐步實(shí)施其他資金規(guī)劃的水保項(xiàng)目提供保障,加強(qiáng)林網(wǎng)和人工草場的建設(shè),防風(fēng)固沙,大大提高植被覆蓋度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量,加快形成灌區(qū)林、農(nóng)、漁、牧協(xié)調(diào)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。

        王石灌區(qū)屬于畜牧產(chǎn)品及糧油生產(chǎn)基地,通過節(jié)水改造有利于減輕鄉(xiāng)、鎮(zhèn)和社會壓力,提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入,更好地維持社會穩(wěn)定;通過對農(nóng)田水利設(shè)施的進(jìn)一步完善,有效解決了灌區(qū)內(nèi)交通設(shè)施差、渠系灌排滲漏等問題;通過綜合整治中低產(chǎn)田、荒地、林草和水域等,使當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件及生態(tài)環(huán)境明顯改善,大大提升了耕地質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,對增強(qiáng)農(nóng)業(yè)發(fā)展后勁以及保證耕地總量動態(tài)平衡以及加快推進(jìn)土地整治工作等具有模范示范作用。

        4 結(jié)論

        本文比選了灌區(qū)襯砌方式、斷面型式和曲線布置方案,最終選擇使用C20 現(xiàn)澆混凝土板襯砌、梯形斷面型式、維持現(xiàn)有渠線布置的改造方案。灌區(qū)改造后,總增產(chǎn)量達(dá)到3463.24t,總增產(chǎn)值達(dá)到1862 萬元,灌溉效益達(dá)到671 萬元,達(dá)到了增產(chǎn)增收和改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、生態(tài)環(huán)境的目的。

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