浅谈位山引黄灌区续建配套与节水改造工程建设

2010-04-14魏庆芬

山东水利 2010年6期

杜琳，高飞，魏庆芬

（1.聊城市水利勘测设计院，山东聊城 252000；2.聊城市水利工程建设监理中心，山东聊城 252000；3.聊城市金彭陶水利管理处，山东聊城 252000）

位山灌区是黄河中下游引水能力最大的引黄灌区，位于山东省境内的鲁西平原，渠首设计引水能力240m3/s，设计灌溉面积 36万hm2，控制山东省聊城市8县(市、区)，85个乡镇，占全市总耕地面积的65%。位山引黄灌区内横贯马颊河和徒骇河两条平原排水河道。灌区系统主体结构为东、西输沙渠，东、西沉沙池及一、二、三干渠，总长 274km；具有分干渠 53条，支渠 825条，包括渡槽、涵洞、闸门等各类水工建筑物5000余座。位山灌区作为确保聊城农业丰产增收的重要基础设施，自1970年复灌以来，共引水414亿 m3，为聊城市65%的农田灌溉和聊城市工业及水城建设提供了水源保证，引黄灌溉在改善当地工农业生产条件、促进工农业生产、保证地区粮食安全、保证沿黄城乡人民生活用水、构建和谐的粮食安全生产体系中，产生了巨大的社会经济效益和生态环境效益。同时，自上世纪80年代开始实施的引黄入卫（济冀）和引黄济津跨流域调水工程，为保障天津、河北等地的城市用水安全，促进区域经济社会发展发挥了重要作用。

1 灌区存在的主要问题

1.1 输水渠道衬砌率低，配套程度差，渠系渗漏损失大

位山灌区经过多年的续建配套，干渠渠道衬砌率大大提高，渗漏损失有所减少，但分干、支渠以下工程几乎全部为土渠，且配套工程进展缓慢，渠道渗漏损失仍然非常严重，影响了灌区的正常运行和灌溉效益的发挥。

1.2 田间工程不配套，灌水技术落后，灌溉水浪费严重

田间工程标准普遍偏低，工程配套率较差，土地平整度较差；田间固定渠道衬砌率低，现仍以土渠为主；灌水技术落后，大部分仍以大水漫灌、串灌、淹灌为主，田间灌溉水利用率低，灌溉水浪费严重。

1.3 引沙量大，池渠泥沙淤积严重，泥沙处理困难

经过30多年的运用，造成沿渠部分分干、支渠分水口引水困难，部分引水口门淤死，引水条件恶化。干渠和沉沙条渠沿岸堆积了大量清淤弃土，并向两岸不断展宽、加高。清淤弃土占压耕地，使当地农民人均耕地面积不断减少，土地沙化严重，区域环境日渐恶化，当地群众的生产生活受到很大影响，泥沙处理矛盾日益突出。

1.4 灌区上、下游用水不均，生态环境恶化

干渠上游东阿、茌平及东昌府区的中南部，引黄条件便利，地下水开采条件较好，而由于单靠引黄供水，地下水资源得不到开采，造成水资源的极大浪费。尤其一干渠上游段为地上渠，沿岸引黄条件好，引水量大，同时地下水回补较多，地下水位高，导致沿岸低洼地带发生次生盐碱化。而下游高唐县的部分区域，引黄供水条件差，地下水开采条件也差。用水高峰期，下游干渠流量小，来水量少，用水紧张时甚至无水可用。因引黄用水困难，高峰期大量开采地下水进行灌溉，地下水超采现象严重，造成地下水位不断降低，加上干旱少雨，回补条件差，漏斗区面积逐渐扩大，生态环境随之不断恶化。

1.5 黄河水资源日趋紧缺，灌区引水受到限制

受气候干旱和人类活动的影响，90年代以来，黄河来水量明显减少，变得可用而不可靠。近年来，国家不断加大对黄河引用水的监控力度，并规定对引黄灌区实行限量引水，使得依靠引黄供水的工农业生产受到严重影响。

1.6 灌区管理体制、机制不适应市场经济的要求

位山灌区运行管理正从计划经济的传统管理模式向市场经济下的现代企业管理模式转变，管理体制还不尽健全，投入机制不尽完善，缺乏一定的经济自立能力；还达不到社会主义市场经济条件下对灌区经营管理的要求。另外，灌区现行的灌溉水价远低于供水成本，由于水费入不敷出，致使工程建设投入少，不能进行适时的必要的扩大再生产。

2 灌区续建配套与节水改造措施

2.1 合理优化调度水量，合理分配沉沙

为减少渠道淤积，增加水流挟沙能力，选择合理的引水时机和引水次数，制定科学的时空调水方案是实现灌区水资源优化调度的关键。位山灌区根据骨干渠道衬砌后渠道糙率减小，输水量增加、渠道抗冲刷能力的提高等有利条件，在保证工程安全的前提下，根据灌区的自然特点及工程实际情况，提出了“大、平、稳、攻”的输水模式及水沙优化调度的初步方案。大，即短时间内的高水位、大流量，尽量按设计流量或超设计流量满负荷引水；平，即沉沙池进出口流量平衡；稳，即渠首引水流量尽量保持稳定；攻，即腾空沉池，造成大比降、大流量攻沙。通过“大、平、稳、攻”的输水模式及水沙优化调度方案的实施，取得了良好的效果。

2.1.1 灌溉周期缩短

由于大流量引水，日均引水量大幅度增加，使灌溉周期大为缩短，据初步测算，实施该措施后，灌溉周期缩短了1/3左右。

2.1.2 灌溉面积扩大

高水位、大流量引水，相应地增加了分干渠以下及灌区下游的用水保证率，延伸了控制范围，甚至使原来从没有到过黄河水的地方也用到了黄河水，比节水改造前扩大灌溉面积220～353km2。

2.1.3 干渠淤积减轻

由于高水位、大流量引水，增加了水流挟沙能力，从而实现了分散泥沙、远程输沙的目的。东沉沙池、输沙渠自1999年衬砌以来每年减少80万m3的淤积，下游输水一干渠基本上达到了冲淤平衡，大大增加了泥沙入田间比例。西输沙渠系统的二干渠周店闸至陈口闸段原来每年清淤75万m3左右，清淤费用达450万元，渠道衬砌后，结合科学合理的水沙调度方案后至今没有清淤过。

2.1.4 灌溉水利用率增大

在渠道渗漏过程中，时间变量是重要因素，在其他因素相同条件下，输水时间越长，渗漏损失量越大。在位山灌区，只有骨干渠道进行了衬砌，衬砌量占渠道总长的比重较小，如按设计流量引水，能大大缩短引水时间，减少渠道输水损失的30%～50%。因此，可大大提高灌溉水的利用率，经过资料分析，采取该引水方案后，位山灌区可节水4.56%。

2.1.5 灌区上下游均衡受益

由于采取高水位、大流量引水，不仅日引水量增加，节约的灌溉用水量还可以送往下游缺水地区，提高了下游用水的保证率和下游用水比例。

2.2 优化方案设计，改进衬砌工艺

2.2.1 渠道衬砌砼板形式的改进

在渠道传统衬砌中常采用单式梯形断面，采用复合土工膜防渗，预制长方形砼板护坡。通过灌区几年的衬砌经验，将衬砌板改为六边形，相比长方形板有衬砌工程外形美观、整体好、减小不均匀沉降、运输损坏率低等优点。

2.2.2 渠道衬砌防渗与侧渗矛盾的解决

在灌区进行大规模的节水改造工程，主要对各级渠道进行防渗衬砌处理，是我国灌区节水改造项目目前应用最为广泛的节水工程技术之一。对于挖方渠道，在干旱年份全断面防渗衬砌节水效果非常明显，不仅提高了渠道水利用系数，而且改善了渠道的输水输沙能力，为灌区可持续发展提供了保证。但丰水年及秋浇后地下水位迅速抬高，灌溉结束后渠道内无水，造成渠底与渠堤两侧地下水位落差较大，致使在地下水侧渗压力作用下发生衬砌面板的塌滑现象。渠道衬砌防渗和侧渗本身就是相互矛盾的，特别是引黄灌区，黄河水含泥沙量高，并且黄河下游泥沙主要是细粒沙，侧渗工程部位往往被泥沙淤积堵塞，起不到侧渗效果，使得工程遭到一定程度的破坏，而侧渗工程的畅通，在一定程度上又影响了节水效果。

为了改进以往只注重防渗设计的片面思路，将防渗和侧渗结合起来考虑，以增强工程的使用寿命和维护成本。在衬砌工程设计中对全断面衬砌构造进行了改进，在渠道两侧底层第一、二、三行板采用预留排水孔预制板，预留排水孔用C20无砂砼填补，板缝均采用M15水泥砂浆勾缝。在底层三行半砼板下铺设无纺土工布，在土工布下铺设10cm厚的中沙反滤层，以便地下水通过预留排水孔排出，以达到降低地下水位、减小浮托力之目的。

2.3 加快灌区信息化建设，实现现代化“数字灌区”

20世纪80年代，位山灌区就充分认识到了灌区信息化建设的重要性。1986年，灌区开始与清华大学等高校进行合作，选题目、探路子，经过20年不懈努力，逐步使灌区信息化系统建设形成了比较完善的结构体系，信息化系统包括：信息采集系统、综合数据库及数据库管理系统、通讯及计算机网络系统、专业应用系统、渠系自动化系统等。其工作流程是：由信息采集系统将每日采集的灌区内各监测网点信息，通过通讯系统传递给信息处理系统，由信息处理系统对其进行汇总、分析整理后，保存到综合数据库并传递给各专业应用系统，再由各专业应用系统做出各种分析方案，为管理机构进行灌区水资源管理、水量调配及日常管理服务提供决策依据。灌区信息化的建设为灌区建设成水资源高效利用和可持续发展的现代化“数字灌区”奠定了良好的基础。

3 节水改造取得的成效

通过近几年灌区节水改造项目的实施，按照先急后缓、先干渠后分干渠的原则，先后对东输沙渠、一干渠、二干渠衬砌及其附属工程改造，完成了骨干渠道衬砌134.3km，配套建筑物308座。取得了巨大的经济效益、社会效益及生态效益。

渠道工程改造后，渗漏损失大幅度降低，分水口门跑水漏水问题得到解决，破堤取水和无偿用水得到根治，水的利用率大幅度提高。灌区自1998～2005年实施节水改造项目后，共节约水量13567.3万m3，分别供给电力工业、城市环境和农业，其中工业效益16031万元，农业增产效益13646.9万元，改善灌溉面积203km2，改良盐碱地面积20km2。