喀左县平房子灌区节水工程改造现状及对策探析.pdf

1082024年1月上 第01期 总第421期工程设计施工与管理China Science&Technology Overview0 引言新中国成立初期，我国开展了大规模的灌区建设，然而受当时科技水平、施工技术和经济条件等因素限制，大多数灌区均未配套田间末级渠系，有的骨干沟渠布设也不尽合理1。经长期运行，多数灌区处于“带病运行”状态，普遍存在渠系坍塌、渗漏的现象，许多闸门、泵站等配套设施年久失修、老化或已出现损坏2-3。20 世纪 90年代末，对灌区的节水改造与续建配套逐渐引起政府的重视，相继开展了一系列灌区节水设施改造项目和续建配套工程，以加快提高灌区用水效益和效率，补齐灌区设施不配套、工程完好率低的短板。灌区工程是保障粮食安全的基础设施，我国大中型灌区有 7000 多处，具有分布范围广、工程数量多等特点。为提高灌区现代化管理水平，结合“生态良好、设施完善、高效节水、管理科学”的发展目标，近年来灌区配套设施的养护、维修、改造、续建项目逐渐成为工作重点，并取得显著成效4。然而，在实际工作过程中也存在许多问题，如何高质量、高效率完成灌区节水改造，保证灌区及时有效地服务于农业发展，对保障区域农业经济持续发展具有重要意义。鉴于此，以喀左县平房子灌区为例，通过调查分析灌区工程现状、骨干工程的地位作用及其存在的问题，提出灌区配套改造的对策建议。1 平房子灌区现状1.1 基本情况喀左县平房子灌区位于大凌河与渗津河的交汇处，灌区内干旱少雨，水资源匮乏，生态环境和自然条件较差。该灌区始建于 1975 年，坝址以上控制流域 2260km2，洪峰流量校核和设计值为 3688m3/s、2342m3/s。水闸工程主要由电站、进水闸、冲砂闸、拦河闸等组成，其中拦河闸闸高 1.5m、闸长 168m，为 24 孔自动水力翻板闸；冲砂闸闸门宽 2.5m，为 3 孔平板钢闸门。为实现农业经济持续收稿日期：2023-06-01作者简介：柳金库（1979），男，吉林长春人，硕士研究生，副研究员，研究方向：水土保持、土壤侵蚀、水土流失、流域治理、水土保持规划等。喀左县平房子灌区节水工程改造现状及对策探析柳金库（辽宁省旱地农林研究所，辽宁朝阳 122000）摘要：通过现场调查，全面分析喀左县平房子灌区存在的主要问题，从节水改造方案比选、工程设计、水利计算等角度全面阐述灌区改造设计和理论计算要点，项目运行后发现灌区改造既能节约成本又能满足实际要求，以期为类似灌区节水改造设计提供借鉴。关键词：平房子灌区；节水改造；工程设计；水利计算中图分类号：TV93 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2024)01-0108-03发展和水资源的高效利用，必须优化种植结构、强化水源调度管理、配套灌溉水利设施，全面提升灌溉用水效率。1.2 灌区工程现状平房子灌区始建于 1975 年，1991 年对原渠道实施了改扩建，将原有渠道长 10.00km 扩展至 13.43km。大多数建筑物经过 30 多年运行已出现老化破损，加之常年失修，渠系输水渗漏严重，以最大流量放水也难以满足苗期用水需求，严重制约灌区农业发展。2 灌区骨干工程存在的问题2.1 进水闸闸门锈蚀进水闸建设年代久远，经长期运行闸门锈蚀严重，加之老化失修、无专人维修，原止水橡皮明显表化，出水量和运行效率明显下降。为提高作物灌溉保证率，必须更换闸门、配电柜、启闭机。2.2 渠道拥堵、破损严重经多年运行，灌区渠道存在靠近村庄处垃圾堆积、个别渠段杂草丛生且淤泥高于渠系、渠边漏水、渠底高低补平等问题。因此，要继续全面清理灌区渠道，部分渠段要重新浇筑。2.3 人行桥、节制闸功能丧失由于保护意识薄弱，节制闸墙皮严重脱落且闸门全部丢失，局部地段出现坍塌，原工程修建的混凝土盖板折断或丢失。因此，必须新建人工桥和原节制闸。3 节水改造的必要性（1）农业生产的需求。平房子灌区以种植业为主，主要有玉米、小麦等农作物，日光温室大棚建设迅速发展，产业结构的调整为灌区的社会经济发展奠定一定的基础。昼夜温差大、日照充足的环境条件，为特色农业发展创造了有利条件。饲草、蔬菜、葡萄种植发展潜力较大，日光温室反季节蔬菜已形成一定规模，带来了良好的经济效益，也为产业结构调整起到了一定的示范带头作用。1092024年1月上 第01期 总第421期工程设计施工与管理China Science&Technology Overview（2）增加农村基础水利设施的需求。平房子灌区地处大凌河上游，也是喀左县农产品和粮食生产基地，现灌区已运行多年，整个工程已经接近或超过设计寿命，渠道堵塞、输水量减少，严重影响灌区效益的正常发挥，已经不能满足正常的灌溉要求。灌区配套设施差，制约工程运行管理，造成资源浪费。（3）大凌河流域治理项目的需求。为了提高灌溉水利用率、提高灌溉保证率、巩固本项目的建设成果，必须对渠道进行处理。高效利用有限的水资源，改善灌区生态环境、引水和灌溉条件，推进生态农业发展和水资源可持续利用。因此，对灌区进行水利骨干工程改造是十分必要的，也是十分迫切的。4 灌区节水改造对策4.1 总体布局依据灌区经济社会发展现状和自然环境条件确定节水配套改造总体布局，即以渠首为中心，新建田间节水配套工程，完善管理系统，以达到效益高、控制面积大、灌水成本小的目的。进一步加大灌区田间节水配套力度，提高渠系水利用率，实现水资源的统一管理，合理利用水资源5。4.2 方案比选平房子灌区运行多年，其配套设施老化破损严重，不能满足作物适时灌溉需要，经设计人员与业主研究初步拟定以下两种方案。方案 1：渠道灌溉有利于提高土地利用率和灌水效率，减少水渠占地，方便管理，省水节能；地形适应性较强，灌水速度快。该方案改造渠道 8450m，更换原有矩形渠道 300m，改造原梯形渠道 1300m；配套灌溉面积 0.61 万亩。“渠灌”具有抗冻性强、输水能力强、流速快、水流条件好、防渗效果好等优势，并且投资成本低，便于维护管理，拟建矩形和梯形渠道。方案 2：采用地上铺设 PVC 管路，设置分水栓原渠道浇灌，这种方式不仅对地下水造成一定破坏，而且投资成本高，建设工期长，无法充分利用大凌河水资源。因此，考虑到灌区实际情况拟选用“渠灌”输水设施，即利用渠道改造方案促进灌区节水。4.3 工程设计（1）渠道进水闸设计。维修原闸室，更换配电柜、启闭机和闸门。（2）渠灌工程设计。维修闸室和渠道进水闸，渠道清淤，对原梯形渠道铺设5钢筋网（间距 150mm150mm）、浇筑 C20 混凝土（厚 10cm）。每 10m 设一道伸缩缝，拆除原 600 矩形和原 700 梯形渠道，改造成拱涵式矩形衬砌渠道，拆除市场段矩形渠道 300m，铺设预制板厚 20cm。（3）节制闸、过道桥设计。拆除重建原有的 4 座节制闸和 10 座人行桥，维修过道桥。（4）渠道断面尺寸计算。充分考虑实际情况和原设计方案，将原设计流量 1.25m/s 改为本次设计的 1.0m/s，渠道比降 1/3000。梯形渠道渠底宽 0.9 1.2m，坡比为1/1.221/1.42，水深 0.60.85m，渠深 0.981.2m，采用明渠均匀流计算公式QAC Ri=，确定横断面流量大于 1.0m/s。矩形渠道底宽 1.6m，水深 1.0m，渠高1.4m，此时流量大于 1.0m/s。依据以上计算结果，设计横断面能够达到渠道流量要求。4.4 水利计算规划设计以 2020 年为典型年，灌溉保证频率设计为75%，按以下方法开展水利计算。（1）灌水方法与灌水技术。1）旱田灌水技术与方法。灌区内以玉米为主要农作物，采取人工沟灌的方式，以朝阳地区旱灌试验成果确定沟、畦长度为 40 50m。2）轮灌设计。考虑到各支渠上作物种类的分布存在差异，而支渠的控制范围大致相同，因此必须设计干渠小于支渠用水模数。为了保证及时供水，不耽误农业耕作，最大程度地减少输水损失，尽量增大田间灌水速度，结合当地农时紧迫、干旱严重的实际情况选用6-14。全灌区共有支渠 27条，一个轮灌组包含 4 个支渠，依次灌溉。（2）灌溉定额。以朝阳水科所试验成果确定灌溉定额，如表 1 所示。表1 灌溉定额成果表作物灌水定额/灌水时间定额/(m3/亩)实用值/(m3/亩)1234玉米70/3.2035/6.1743/7.1731/8.2179180（3）灌水率计算。采用下式计算作物的灌水率(净)，即：8.64qamt=；其中，a 为作物组成的百分数；m 为灌水定额(m3/亩)；t 为灌水延续时间(d)，生育期和播种前灌溉 t=3 9d、t=20d，从而计算确定玉米作物灌水率，如表 2 所示。表2 灌水模数计算表作物T/ha/%t/dQ/（m3/h）q/(m3/s/万亩)玉米100播前 3.202410020700.416.17241009350.457.17241009430.558.2241009310.40（4）灌溉时最大用水量计算。采用以下公式确定最大用水量，即：1102024年1月上 第01期 总第421期工程设计施工与管理China Science&Technology OverviewQmax=mmaxA/(t Tn)=436100/(9230.75)=1619.2m3/h=0.45m3/s0.1m3/s经计算，最大用水量能够保证作物生长期用水需求。4.5 工程投资与综合效益平房子灌区改造工程资金总投入 549 万元，其中设备更新及金属结构 15.33 万元，土建工程 461.84 万元，金属结构及设备更新临时工程 26.45 万元，独立费用 29.39万元，基本预备费 15.99 万元。项目实施后可明显提高供水保证率，改善灌溉面积 0.61万亩。灌区种植玉米，项目实施前玉米每亩产量为 500kg；项目实施后玉米每亩产量为 700kg。玉米 2 元/kg，每年可新增粮食产量 1220t，增加产值 244 万元。渠首和渠系改造工程改善了灌溉渠系输水状况和农业生产条件，大大降低了后期维护费用及护渠劳力投入。灌溉周期明显缩短，地下水开采量大大减少，用水效益、灌溉保证率以及农业抗灾能力明显提升，保障了农民增收、农业高产稳产和社会稳定，调动了农民种粮积极性，保证了国家粮食安全15。此外，灌区改造后有效解决了渠系冒、滴、漏、跑问题，大大提高了渠系输水能力，既解决了当前的灌溉用水问题，又为乡村建设奠定了基础，为改善生态环境、土地规整、水源涵养和增大土壤肥力提供了有利条件。5 结论通过灌区续建配套与节水改造显著提高了用水效率，明显改善渠系蓄水状况及农业生产条件，大大提升农村经济实力和农业生产力，为适时适量计划供水提供可靠保障。同时，灌区改造有利于增加农民收入，加快农村产业结构调整，充分调动农民种粮积极性，保证国家粮食安全。实践表明，平房子灌区配套改造工程设计符合实际节水要求，满足工程设计标准，初步实现了农业灌溉管网化，极大推动了区域生态环境的改善和水资源优化配置，社会、经济、生态和工程效益显著，具有一定的推广应用价值。参考文献1 邵国洪,周琴慧.贵州中型灌区续建配套与节水改造现状与发展方向思考J.灌溉排水学报,2020,39(S2):126-128.2 刘艳芬.节水增粮项目中玉米管灌典型设计分析J.黑龙江水利科技,2014,42(2):28-30.3 王金保.西营灌区高效节水地表水管灌工程设计要点J.农业科技与信息,2019(16):96-98,101.4 汤慧,赵岩松,伊佳倩.低压管灌系统在小型灌溉工程中的应用J.黑龙江水利科技,2014,42(1):194-195.5 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theoretical calculation are comprehensively expounded from the perspectives of water-saving renovation plan comparison,engineering design and water conservancy calculation.Key words:flat house irrigation area;water-saving retrofit;design;water calculations