瓠杓岭引榕灌区续建配套与节水改造设计分析.pdf

第11期2023年11月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)11-0 0 8 9-0 2陕西水利Shaanxi Water ResourcesNo.11November,2023构岭引榕灌区续建配套与节水改造设计分析杜成祥（广东省水利电力勘测设计研究院有限公司，广东广州510 6 10）【摘要灌区作为一项重要的农业基础设施建设工程，对于维护农田水利安全、优化发展农业生产具有不可替代的重要作用。节水改造工程是提高农业整体效益、推动新型农业现代化建设的重要举措。针对揭西县狐构岭引榕灌区节水改造进行系统深入的研究，介绍引榕灌区的基本情况，阐述续建配套与节水改造的必要性，提出有效提高灌溉水利用系数的工程设计内容，论证改造完成后的效益情况，结果可为其它灌区节水改造提供借鉴。【关键词引榕灌区；灌溉农业；节水改造；水利工程中图分类号S274.3文献标识码B区现代化建设，是促进农业结构调整，促进水资源合理开发1工程概况和高效利用的重要措施，也是实现二十一世纪农业水资源可狐岭引榕灌区是揭西县一宗重点中型灌溉截洪工程，持续利用和国民经济可持续发展的重要举措。位于广东省东部、榕江南河中上游，利用岭拦河闸坝拦3灌区工程设计分析蓄榕江南河水引水灌溉，其兴建于二十世纪五十年代，距今已运行六十余年，灌溉区域涵盖钱坑镇、凤江镇以及金和镇三个行政镇，灌区干渠部分包括总干渠、北干渠、东干渠以及和南支渠。由于工程运行时间长，原设计标准低，现各渠系输水困难，已不能满足灌区农业和人们生活用水要求，严重影响了灌区农业经济发展和人们生活水平提高，为解决这个问题，巫需对构岭引榕灌区进行续建配套与节水改造。瓢岭引榕灌区由渠首拦河闸坝和引水渠道及其渠系建筑物组成，设计灌溉面积5.0 3万亩，总受益人口约2 0 万人，灌区工程主要包括灌溉渠道以及泄洪闸、节制闸、桥梁、过水涵等渠系建筑物。主要灌溉渠道由总干渠、北干渠、东干渠以及和南支渠组成，其中总干渠已完成渠道整治，北干渠长10.8 7 km、东干渠长4.7 9 km、和南支渠长6.0 6 km，渠道总长2 1.7 2 km,渠系建筑物共10 2 座。2灌区工程建设的必要性揭西县抓构岭引榕灌区是揭西县农产品的主要生产基地，也是当地农业和农村经济发展的重要基础。灌区工程距今已运行六十余年，由于工程运行时间长，原设计标准低，渠道崩塌、淤积，渠系建筑物老化、破损严重，致使水资源利用率偏低，“卡脖子旱”频繁发生。现干渠输水困难，已不能满足灌区农业用水要求，农田灌溉水有效利用系数不到0.5,严重影响了灌区农业经济发展，同时因灌区年久失修，灌溉水利用系数逐年减小，灌溉效益逐年降低。因此，根据新时期经济社会发展对灌区工程的要求，灌岭引榕灌区干渠部分主要包括北干渠、东干渠、和南支渠以及泄洪闸、节制闸、分水闸、桥梁、过水涵等渠系建筑物。渠道改造总长为2 1.7 2 km，其中北干渠长10.8 7 km、东干渠长4.7 9 km、和南支渠长6.0 6 km。改造渠系建筑物共102座，其中进水闸3座、节制闸13座、泄洪闸2 座、分水闸19 座、渡槽1座、过路涵8 座、反虹涵4座、放水涵37座以及交通桥15座。3.1渠道平面布置构岭引榕灌区现状渠系布置较为合理。渠系经过多年的运行和改造，证明能合理的调节水资源利用。通过工程的布置，灌区内高程不等的耕地均能灌溉，说明现有渠系布置比较合理。同时为了减少征地拆迁，降低投资，避免引起不必要的社会问题，灌区基本按照原渠线布置，不作较大的改动。3.2渠渠道纵断面设计岭引榕灌区干渠部分渠道水面线采用明渠非恒定均匀流水面线推求方法计算。考虑到节制闸有控制水位的要求，自各渠道渠尾推起，根据复核后的设计流量推算水面线。水面线推求分段原则：每一计算段底坡一致，流量一致，有水闸、渡槽等渠系建筑物的位置必须分段。3.3渠渠道横断面设计3.3.1渠道改造措施工程运行近几十年来，没有发生过较大规模地质灾害及破坏性地震，灌区部分区域处于低丘、丘陵，农田相对集中收稿日期2 0 2 3-0 6-0 8作者简介杜成祥（19 9 6-），男，江西丰城人，助理工程师，主要从事水工建筑设计工作。89第11期2023 年11 月在低洼及平原区域。部分渠道依山而建，渠道附近边坡多为低边坡，由全风化状的砂岩、粉砂岩和混合岩等组成，为土质边坡，在自然条件下稳定性较好。各渠道渠堤填土主要为粉质粘土、粘土等，由砂岩、粉砂岩和混合岩等风化而成，抗冲刷能力较强，堤身基本稳定。各渠道渠基多为全风化带或冲积粘性土，渠基基本不存在抗渗稳定、抗滑稳定等问题，大部分渠基工程地质条件较好。渠道大部分内坡未进行衬砌防护，局部渠段在水流长期冲刷作用下，发生塌，渠水主要通过渠堤身和渠基向外渗漏。所以抓岭引榕灌区主要为渠道节水防渗改造工程，提升渠道节水防渗、防冲能力，提高渠道的衬砌率，提高渠系水利用系数和输水环节的水利用系数，并对渠道淤积段进行清淤。3.3.2渠道断面形式比选渠道断面型式一般分为三大类：直墙式断面、斜坡式断面及直斜复合式断面，根据工程实际及地形情况每一类可派生出多种、多级型式断面。其优缺点为：直墙式断面具有堤身断面小，工程占地少，但立面单调生硬、亲水性差，地基应力大，工程费用高等缺点；斜坡式断面则较为自然生态，亲水性好，地基应力小，工程费用低等优点，但堤身断面大，工程占地较多；直斜复合式断面优缺点则介于上述两者之间。瓢岭引榕灌区渠道现状为明渠，渠道现状大部分为土渠。横断面型式主要以梯形为主，在个别渠道的局部渠段横断面为矩形，为了减少开挖回填量及占地面积，并保持原断面的过水断面面积，尽量利用现有渠道及渠堤断面，故基本维持现有渠道断面形式采用梯形断面和矩形断面。3.3.3渠道护岸结构及衬砌比选渠道衬砌既经济又便于施工的一般有砼衬砌和浆砌石衬砌两种型式。经比较，浆砌石衬砌厚度较大，而砼衬砌不仅具有渠道断面小，同时还具有工程投资小，质量好控制等优点。因此，本次干渠部分渠道横断面设计采用现浇C25砼“三面光”衬砌。衬砌厚度为10 0 mm，渠底设10 0 mm厚砂石垫层。渠道砼衬砌纵向每5m设一道横向伸缩缝，横向在渠底两侧设两条纵向伸缩缝，缝宽2 0 mm，缝内塞聚乙烯闭孔泡沫板。北干渠B0+000B5+530段为避免岸坡脚受淘刷破坏，在河道坡脚位置进行固脚。护脚挡墙常用型式主要为混凝土挡墙方案以及M7.5浆砌石方案，综合对比两种方案，断面尺寸相同情况下，两种方案造价相当，但混凝土方案耐久性高于浆砌石方案，综合考虑本工程推荐采用混凝土方案。矩形渠道断面常用衬砌形式一般选择现浇混凝土衬砌、混凝土预制槽、砌石衬砌以及砌砖等。从经济方面比较，矩形断面型式中砌砖方案经济最优，混凝土预制槽方案经济优于现浇混凝土衬砌方案，但混凝土预制槽及砌砖侧墙耐久性较差，后期运行管理过程中极易损坏。因此，基于经济性以及方案耐久性等方面综合考虑，本工程矩形断面型式采用现浇混凝土衬砌方案。3.3.4横断面尺寸渠道横断面以灌溉加大流量复核过水断面面积，当复核所需的断面面积比现状渠道断面面积大时，则适当加大渠道断面；当复核所需的断面面积比现状渠道断面面积小时，则断面基本维持现状断面面积大小。3.3.5渠道边坡根据灌溉与排水工程设计规范（GB50288-2018）及.90.陕西水利Shaanxi WaterResources渠道防渗衬砌工程技术标准（GB/T50600-2020）中最小边坡系数的规定，本次设计干渠部分的渠道最大水深基本在0.6m1.2m之间，为避免过多的土方开挖与回填，结合渠道护岸设计高度，按照不同渠段的地质条件及现状边坡，北干渠B0+000B5+530段设计渠道断面填筑内坡坡比为1：1.5,其余干渠部分渠道填筑内坡坡比为1：1，渠道横断面型式见表1。表1渠道横断面型式表渠道桩号B0+000B5+530北干渠B5+530B10+869D0+000D2+500东干渠D2+500D4+786和南支渠HN0+000HN6+0643.3.6渠顶高程北干渠B4+065B5+530段渠道为3级建筑物，根据相关规范中的规定，3级建筑物渠道岸顶超高按土石坝设计要求确定。根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2020）规定：坝顶超高按下式计算：式中：y为坝顶超高,m；R为最大波浪在坝坡上的爬高，m；e为最大风雍水高度，m；A 为安全加高，3级坝正常运用条件下为0.7 m。由于本段渠道位于平原村镇区域，设计渠底宽度为6 m，水面宽度仅为14m，风区长度较短，本次设计不考虑波浪爬高和风雍水高度，渠顶超高采用0.7 m。现状渠顶高程不满足处，采用加高堤顶以及增设防洪（浪）墙型式处理。本灌区其余渠道均为4级、5级渠道，渠道岸顶超高按0.2 5倍加大水深再加0.2 m控制，设计渠顶高程为加大水位和岸顶超高之和。现状渠顶高程低于设计渠顶高程的，则将渠顶加高至设计渠顶高程，对渠堤进行加高培厚；现状渠顶高于设计渠顶高程的，则维持现状渠顶高度不变。3.3.7渠顶宽度本灌区干渠总灌溉面积为5.0 3万亩。根据灌溉与排水工程设计标准（GB50288-2018）中的规定，1万亩以上渠道渠顶宽度应不小于2 m。结合本工程渠道两侧地形及各干渠实际灌溉面积，设计渠道考虑单侧通行，干渠部分渠顶设计2m管理道路，管理道路采用2 0 0 mm厚泥结石路面。3.3.8防渗衬砌超高对于梯形渠道，根据灌溉与排水工程设计标准（G B50 2 8 8-2 0 18）中的规定，衬砌超高值在设计水位以上0.3m0.8m，且满足加大流量运行要求。考虑节制闸前侧分水口高程较高，节制闸前需灌溉雍水等情况，本工程北干渠B0+000B5+530段灌溉运行水深约为1.2 m1.8m，该段衬砌高度采用护脚挡墙顶上部1.0 m1.2m控制；其余渠道等级为5级，设计灌溉水深约为0.5m，渠道的衬砌高度统一取值为1.0 m，渠道衬砌高度以上坡面均采用草皮护坡。4灌区改造效益分析通过本工程的实施，预计项目区灌溉水利用系数将从原（下转第9 3页）No.11November,2023断面型式内坡坡比下直上梯1:1.5梯形断面1:1梯形断面1:1矩形断面垂直梯形断面1:1y=R+e+A第11期2023年11月调节系数：=W用/W平=0.6 52 6。由P=90%,C,=0.37,=0.6526,查水利水能规划的普列什柯夫线解图得多年库容系数=0.215,则多年库容：V多=W平=454.7 8 10 m；兴利库容Vx=V年+V=953.310m；正常库容V正=Vx+V元=9 6 4.310 m。典型年的多年调节水库兴利库容的计算成果V正稍小于现有鸡心石水库的正常库容（V=1006万m），则取鸡心石水库正常库容保持不变，在保证率P=90%情况下，可满足灌溉农田1.30 万亩及城镇日供水量为0.2 万m的需水要求。3调洪演算方案一调洪演算（不考虑上游正径水库调节）溢洪道为开式无闸控制溢洪道，洪流堰为宽顶堰，净宽2 0 m，堰顶高程55.0 m（珠基）。调洪演算利用调洪演算程序TH-3.BAS，计算成果见表6。表6 全流域洪水调洪演算成果表频率P0.1%洪峰流量/(m/s)504.17最高水位Zm/m59.42相应库容V/（万m）1391最大泄量Q/（m/s）304方案二调洪演算（考虑上游正径水库调节）考虑上游正径水库调节，在保证上游正径水库洪水安全下泄的前提（因该库在2 0 0 5年度省人大议案除险加固工程初步设计时防洪标准已提高至与鸡心石水库一致，故本次设计不再考虑其溃坝情况），以来多少洪水泄多少洪水为原则，计算得正径水库调洪演算成果见表7。表7 正径水库调洪演算成果表频率P0.1%洪峰流量/(m/s)236.11最高水位Zm/m37.07相应库容Vm/（万m）484最大泄量Qm/（m/s）86.1陕西水利Shaanxi Water Resources按同频率正径水库调洪下泄洪水过程线与区间鸡心石水库天然洪水过程线进行组合后，再进行区间鸡心石水库调洪演算（两洪水错锋时间近似按3小时计算），成果见表8。表8 区间水库调洪演算成果表频率P0.1%洪峰流量/(m/s)508.55最高水位Zm/m59.04相应库容Vm/（万m）1356最大泄量Qm/（m/s）266.1由两方案调洪演算成果看，采用全流域洪水直接调洪比考虑上游正径水库加入调洪的校核洪水位及设计洪水位较高，10 0 0 年一遇洪水位高59.42-59.0 4=0.38 m；50 年一遇洪水位高57.9 6-57.6 0=0.36 m。从安全角度考虑，取全流域洪水调洪的演算成果，选定的水库特征水位：死水位30.0 0 m，相应死库容11.0 万m；正常蓄水位55.0 m，相应正常库容1006万m；设计洪水位57.9 6 m，相应设计库容12 6 0 万m2%3.3%322.95291.7657.9657.7012601237166.9145.42%3.3%163.58150.6536.0235.8443943146.640.5No.11November,20232%3.3%340.19311.0157.6057.3312281205137.3117.2（P=2%）；校核洪水位59.42 m，相应校核库容139 1万m(P=0.1%)。4结论根据灌溉需求和调洪计算结果，水库正常蓄水位55.0 0 m，相应正常库容10 0 6.0 0 万m校核洪水位59.42 m，总库容1391万m；水库大坝设计洪水标准为50 年一遇，校核洪水标准为10 0 0 年一遇，消能防冲洪水标准为30 年一遇。1孙立颖.汾阳市H水库特征水位优选探讨J.河南水利与南水北调,2 0 2 2,51(0 8):10 1-10 2.2周清忠.视坑水库特征水位优选分析J.陕西水利,2 0 2 1(06):37-38+43.3邹吉余.某水库特征水位分析及洪水调节研究J.黑龙江水利科技,2 0 2 1,49(0 1):2 3-2 5+2 11.参考文献（上接第9 0 页）来的不足0.5提高到0.6 2，全部实施完成后按现状多年平均农业灌溉水量计算，则每年可节水10 6 7 万m。根据当地社会经济发展指标及灌区的实际情况，节省的水量可用于农业、工业、生活和环境的用水。用于农业方面的节水量在恢复灌溉面积中已计算；用于环境方面的节水量只产生社会效益，目前尚无定量计算方法；用于工业和生活方面的节水量为简化计算，采用取用原水价格0.2 0 元/m计算，则该部分产生的年节水效益约为2 13.4万元。5结语本文结合工程实例，对中型灌区工程设计进行了系统分析，结果表明，合理的设计能极大提高灌溉水利用系数，产生经济效益和社会效益3。灌区配套续建与节水改造工程的开展，对于保障农田用水、提高农作物产量、促进经济发展和推动可持续发展具有重要意义。1】水利部办公厅.关于印发中型灌区续建配套与节水改造项目建设管理办法（试行）的通知J.中华人民共和国水利部公报,2 0 2 1(04):55-57.2胡士平.湘西两大灌区续建配套与现代化改造建设方案探讨J.中国水利,2 0 2 0（11):30-32.3】张茂堂.大型灌区续建配套与节水改造项目实施效果评价.人民长江,2 0 2 0,51(S1)：2 31-2 34.93参考文献