玛纳斯河灌区续建配套与节水工程改造效益评价研究

2010-06-12党光德

水利规划与设计 2010年5期

熊英党光德刘兵

(1.新疆水利厅玛纳斯河管理处新疆石河子 832000;2.新疆兵团勘测设计规划研究院一分院新疆石河子 832000;3.石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子 832000)

1 引言

新疆玛纳斯河灌区 (以下简称玛河灌区)是大型灌区,灌区东西最宽约100km,南北最长约140km,灌区总人口78.99万人,灌溉面积316.3万亩,年灌溉用水量16亿m3。种植农作物主要有小麦、玉米、棉花等,现已发展成为新疆重要的粮棉和工业基地,是北疆经济发展较快的地区之一。玛河流域总土地面积1183.09万亩,设计灌溉面积430.70万亩,有效灌溉面积316.3万亩[1]。2008年实际灌溉面积 408.04万亩,亩均净灌定额356m3/s,2008年灌区工农业总产值264.85亿元,其中工业总产值162.48亿元,农业总产值102.37亿元。

2 玛纳斯河灌区水利工程

玛纳斯河流域的开发工作从1950年起,特别是在1954年玛纳斯河流域规划的基础上,经过50多年的艰苦奋斗,先后已建引、输、蓄、配和发电等综合利用水利工程。这些工程对促进灌区的国民经济发展和稳定生态环境发挥了巨大的作用。

2.1 场外引水工程

玛河已建成玛纳斯河红山嘴引水枢纽、一级电站引水枢纽和二级电站引水枢纽工程。

红山嘴引水枢纽建于1959年,是以灌溉为主结合发电的人工弯道式永久性引水建筑物,设计引水能力 105m3/s,年引水量 9亿 m3,引水率为68%。该工程可以控制全灌区的灌溉面积,是玛河流域灌溉工程的命脉。进水闸后为总干渠,长1km,尾部为曲线沉砂池和第一分水闸,此处可将水分送东岸大渠、四五级电站引水渠和玛河渡槽,是灌区按照管理章程分水的计量断面。运行中根据调度需要,东岸大渠的水可以直接进入玛纳斯县灌区;可以送往跃进水库和新户坪水库;可以从玛河渡槽、五级电站尾水渠处的过河涵洞调往西岸进入石河子灌区和蘑菇湖水库;还可以从三处退入河道,进入夹河子水库和大泉沟水库,因此是全灌区的输水大动脉,更是南部灌区不可缺少的供水工程。

一级电站引水枢纽,建于2007年,设计引水能力62m3/s,发电水投入二级电站引水渠。

二级电站引水枢纽,建于1979年,是以发电为主的人工弯道式引水枢纽。设计引水能力70m3/s,年引水量7亿m3,引水率为60%,发电后在五级电站尾水处投入东岸大渠。该工程对灌溉的作用不大。

2.2 灌区蓄水工程

灌区内有大中型水库5座,多为二十世纪50、60年代修建,水库地处泉水溢出带下缘,拦蓄河水、泉水、井水及发电尾水。其中新户坪水库和跃进水库位于东岸;蘑菇湖水库、大泉沟水库位于西岸;夹河子水库为拦河水库,可以为东西两岸调配水量[2,3]。平原水库工程特性见表1。

表1 流域平原水库情况统计表单位:108m3

2.2 灌区骨干输水工程

多年来灌区已建骨干输水渠394.39km,其中采用干砌卵石或混凝土防渗渠道长143.94km,占骨干输水渠长度的36.50%,已建各类配套建筑物343座。详见表2。

表2 玛河灌区骨干输水工程统计表

3 存在的问题

工程运行四十余年已趋于老化,工程主要存在以下问题[4]。

(1)渠首上下游整治度严重淤积。上游喇叭口以上无导流堤,下游导流堤过短,未形成足够的输砂通道。输砂能力受限,致使溯源淤积,更使冲砂廊道排砂明渠出口严重淤积,影响冲排砂和顺利泄洪。据2000年资料显示,“六月份渠首流态,大河来水220m3/s时溢流堰就溢水(设计440m3/s),渠首上游新泄水闸进水口出现严重淤积。水流从喇叭口以上下泄,从东弯道处分叉,沿东导流堤坡基地和溢流堰迎水坡坡基槽泄入下游入渠首闸前”。

(2)闸后冲砂能力不足。水流冲向河床使排砂明渠出口(在东河床)严重淤积,主流基本上沿西河槽下泄,只有两处(中心墙断裂口两端)水流穿至东河槽。中心导流堤上流200m处水流向自然河床凹处,流向了西河床。

(3)干渠严重淤积。东岸大渠总干渠严重淤积1～1.5m,干砌石材料因冬季为4、5级梯级电站引入上流河床泉水,边坡挂淤冻胀、鼓胀、龟裂,卵石松动,坝塌,水力因素不佳,测水断面也极不规则,影响测流精度,且每年需花一定的人力、物力进行整修。

(4)排砂廊道破损严重。曲线沉砂池的排砂廊道,进口铸铁门框磨蚀、残缺、断口,廊道底的U型铸铁底边脚被磨损穿透,廊道出口被严重磨损、变形。每年高标号砂浆填补修理仍无济于事,工程安全难以保证,直接影响冲排砂。

(5)渡槽严重渗漏、防洪形势严峻。20m3/秒流量过河大渡槽(60m)严重渗漏,拱座立柱铪冰融、剥蚀、露筋,尤其是双曲拱架的支座。1999年,1096m3/s洪水冲击到拱脚以上,上流的漂浮物挂至拱脚,泄洪严重受阻,工程安全无保证,且一旦失事将影响到西岸几十万亩良田的供水。

4 工程实施后的效益评价

从1999-2008年的项目如下,先后实施了(1)玛河红山嘴渠首上、下游防砂整治工程;(2)引水总干渠改造工程;(3)总干渠曲线沉沙池改造工程;(4)过河渡槽改造工程;(5)头浮渠首段防渗改造工程;(6)东岸大渠10+109.27km处节制退水闸改造工程;(7)冲砂水回收工程;(8)灌区防洪水(雨)情自动测报系统配套工程;(9)300亩节水灌溉示范工程;(10)玛河过河涵洞进水闸及连接明渠改造工程;(11)东岸大渠1+151.5+2+151.5段渠道改造工程;(12)头浮渠7.82km渠道改造工程;(13)新户坪水库输水干渠改建;(14)玛纳斯河灌区第一总分水闸改建工程;(15)头浮干渠2.3km渠道及建筑物改造工程;(16)东干渠15+096m处节制、分水、退水闸改造。

玛纳斯河灌区节水改造工程的实施,使主要控制性工程得到了改造。投入试运行后,工程在灌区灌溉、渠首、渠道排砂、防洪抗旱及灌溉效益方面发挥了重要的作用,效益显著。

(1)工程老损率降低通过对玛河骨干工程的改建,大部分工程老化破损的情况得到了很好地改善,玛河骨干工程引蓄水能力普遍加强,通过对东岸大渠改造工程,大部分解决了渠道老化、衬砌磨损、冻胀破坏情况,恢复了渠道的设计过水能力。通过对红山嘴渠首上、下游整治工程改建,改变了在整治段过中、小洪水时主流摇摆现象,减少了闸前泥砂淤积,保证渠首安全运行。

(2)渠系利用系数显著提高通过过河渡槽、头浮干渠的改造后,极大的提高了渠道的输水能力,使水资源得到了合理的利用,提高了水的利用率。渡槽渠的渠系利用率由原先的0.80提高到现在的0.93,头浮干渠的渠系水利用系数也由原先的0.50,提高到目前的0.93。

(3)供水保证率显著提高通过红山嘴渠首上、下游防砂整治工程改造后,渠首泄洪闸闸后淤积减少,使引水排砂时间缩短。总干渠与曲线沉砂池改造后可进行良性配合运用,基本解决了泥砂淤积的问题,从而增加了干渠引水水量。通过渠道改造,渡槽渠由原先9m3/s的过水能力提高到20m3/s,东岸大渠十公里以上的过水能力从 85m3/s提高到了105m3/s,提高了供水保证率。

头浮渠的改造提高了向沙湾县供水的保证率,每年可多引水4000万方左右,极大的缓解了老沙湾灌区的缺水问题,也极大的缓解了兵地之间的用水矛盾。

(4)灌溉面积增加通过工程改造,使干渠的引水能力大大加强,减少输水的渗漏损失,年节水约水量3000万m3,按现有灌区灌溉定额 410m3计算,可以增加灌溉面积7.3万亩[5]。(5)防洪减灾能力增强十公里分水闸退水能力由原来的不足20m3/s恢复到设计值40m3/s,解决了突发事件及红山嘴电厂调峰引起的超引水量的退水通道问题,保证了干渠引水安全。

800MH无线通讯集群系统建立,改善了玛河的通讯条件。玛纳斯河防洪供水水情自动化测报系统的使用,达到了对渠道流量的自动监测和预警功能。玛河流域水资源优化配置系统利用GIS(地理信息系统)系统集成技术,建立一个较完善的网络信息系统,为流域水资源优化配置及管理提供有效的手段。这些先进技术的使用,在玛河流域防洪供水工作中发挥了较大的作用。