三原县灌区节水改造方案探析

强小绒

（三原县水利管理总站，陕西咸阳713800）

三原县灌区节水改造方案探析

强小绒

（三原县水利管理总站，陕西咸阳713800）

三原县是陕西省粮食蔬菜重要生产基地，随着农业结构调整，当地农业灌溉用水需求量越来越大。为促进地区水资源合理利用、节约灌溉成本，利用水资源平衡法对区内水资源供需情况进行分析，灌区可供水总量3063.86万m3，缺水335.05万m3，属于工程性缺水。根据灌溉需水量，提出灌区续建配套与节水改造项目即通过防渗衬砌各级渠道，配套田间工程的方式，促进灌区节水，经分析，项目建成后年可增引水量71.89万m3，在设计水平年(2015年)可节约水量101.91万m3，满足灌区农作物用水需求，效益显著。

三原；灌区；水资源；平衡；节水；方案

1 概况

三原县总面积576.9 km2，其中耕地面积53.7万hm，人口42万人。多年平均降水量548.5 mm，多年平均蒸发量1003.1 mm。区内灌区主要为泾惠渠灌区的东干三支渠、北干七支渠。其中东干三支渠灌溉面积2000 hm2，北干七支渠灌溉面积3160 hm2，共计灌溉面积5160 hm2。目前，干、支渠衬砌率为67.4%，灌区灌溉水利用系数长期徘徊在0.51左右，水资源浪费尤为严重。为了提高水资源利用效益，需对灌区用水和区域水资源平衡进行分析。

2 灌区用水存在问题

经过三十多年的运行，三原县灌区在灌溉用水中存在的问题主要有：

（1）夏灌水源不足,高含沙影响较大。三原县的灌区均从泾河引水，因为泾河含沙量大，在夏季伏旱时，水源较紧张。加之含沙量大，增加了灌溉困难和输水运行时间。

（2）灌溉渠道衬砌率低,输水损失大,水资源利用率低。其中东干三支渠0+000～3+298段年久失修，各种裂缝随处可见，渠道渗漏严重。特别是阴坡砼板，因冻胀作用，已断裂拱起滑落、破损不堪，根本起不到防渗固堤的作用，且加大了渠道糙率，减小了过流能力。北干七支渠衬砌板多处坍塌、拦腰折断，损坏严重，各种裂缝随处可见，渠道渗漏严重。

（3）灌区工程设施配套不完善，管理设施落后。三支渠系量水堰因多次修补量水误差很大，造成水管单位水量、经济损失。北干七支渠10+900～12+430、13+930～18+000段目前仍为土渠，工程标准低，淤积、渗漏严重，最大过流能力不足设计流量的70%，工程效益远远不能充分发挥。

（4）工程建设标准低,设施老化失修,损坏严重。节制闸闸墩砌体松动，闸板扭曲变形，无启闭机，操作不灵活。斗门启闭失灵、漏水严重，影响灌溉引水。

3 灌区水资源平衡分析

3.1 现状年（2016年）供水量计算

现状基准年因渠道工程老化损坏、淤积等问题，渠道输水能力仅为设计能力的70%，故用水高峰期供水量（7-8月份）按70%计算。经分析计算，现状年可供水总量3063.86万m3。

3.2 现状年项目区需水量计算

依据现状年农灌面积和灌溉定额计算灌溉需水量。现状年灌溉定额412 m3/hm，则项目区农灌需水量为412× 7.74=3188.88万m3。项目区现状水平年及乡镇企业生产总值16764万元，依据项目区工业乡镇企业万元产值需水80 m3的标准，工业需水量134.11万m3。现状年2016年项目区总人口4.16万人，现状年项目区生活用水综合定额为50L/人·天，项目区年生活用水量为75.92万m3。2016年总需水量：3188.88+134.11+75.92＝3398.91（万m3）。供需平衡结果表明:现状水平年75%灌溉设计保证率下,项目区总需水量3398.91万m3，其中农灌需水量3188.88万m3，工业及城乡生活需水量210.03万m3。可供水总量3063.86万m3，缺水335.05万m3，属于工程性缺水,因渠道引水能力达不到设计能力,在灌溉高峰期不能满足灌溉需要而缺水。

3.3 近期设计水平年（2018年）供需水量平衡分析

地表水为灌区分配给本级渠道引水口水量。渠道改造后的地表可供水量为现状年地表水供水量与渠道引水能力恢复到设计能力的增引水量（项目区渠道增引水量见表1），增引供水期为夏灌用水高峰期（7-8月份）。地下水根据项目区地下水动态预测估算。经分析计算可供水总量3105.67万m3，其中地表水供水2925.72万m3，地下水供水179.95万m3。

表1 项目区渠道增引水量表

近期设计水平年（2018年）75%灌溉设计保证率下，项目区总需水量3105.67万m3，其中农灌需水量2925.72万m3、工业及城乡生活需水量179.95万m3。项目区可供水总量3105.67万m3，其中地表水供水2925.72万m3，地下水供水179.95万m3。水资源平衡。项目区水资源供需平衡详见表2。

由以上分析可知：该项目区续建配套节水改造项目全面建设完成后，渠道引水能力恢复到设计能力，项目区年可增引水量71.89万m3，再通过配套田间工程，采用先进的灌水方式，提高灌溉水利用系数，减少农灌需水量，经计算项目区在设计水平年(2015年)可节约水量101.91万m3。一方面节约的水量可以增加灌溉亩次，提高灌溉保证率；另一方面节约水量对抽水灌区来讲可以少抽引水，节约能源。

表2 项目区水资源供需平衡分析表

4 节水方案

4.1 灌区农业节水方案思路

三原县灌区农业节水思路应依据灌区各设计水平年的灌溉需水量，实施灌区续建配套与节水改造项目来实现。即通过防渗衬砌各级渠道，配套田间工程，在灌区全面推广小畦灌、沟灌、管道灌及波涌灌等先进的灌水方式和耕作模式，提高灌区灌溉水利用系数。经现场勘察调研，认为各渠段原渠线平面布置合理，不需要进行改线，工程平面布置维持原状不变。

4.2 渠道设计流量的确定

根据东干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～18+000段输水灌溉面积，对原设计流量进行复核，经复核，原设计流量合理，故本次改造仍维持原设计流量不变。

4.3 工程设计

（1）渠道断面设计。渠道纵断面设计：原渠道设计比降：东干三支渠0+000～3+298段比降为1/2000，北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～18+000段比降为1/2000。经现场勘测和调查分析，原设计比降合理，故维持原渠道设计比降不变。

渠道横断面设计：东干三支渠0+000～3+298段，设计流量1.05 m3/s，北干七支渠15+927～18+000段，设计流量0.72 m3/s。依据《灌溉排水渠系设计规范》和《陕西省大型灌区续建配套与节水改造工程实施方案设计大纲》，这两个渠段横断面均采用挟沙能力强、水流条件好的弧底梯形断面和“U”型断面。该两渠现状为“U”型断面，渠道占地狭小，若采用弧底梯形断面则需重新征地，且土方工程量大，施工工期长，因此该渠道仍采用“U”型断面，圆心角为152°。

表3 渠道改造段改造后水力要素

北干七支渠5+893～9+150段，设计流量为1.57 m3/s。北干七支渠10+000～12+430、13+930～15+927段，设计流量为1.01 m3/s。依据《灌溉排水渠系设计规范》和《陕西省大型灌区续建配套与节水改造工程实施方案设计大纲》，这三段渠横断面均采用弧底梯形断面和“U”型断面。该三部分渠段现状为梯形断面，若改为“U”型断面土方工程量大，施工工期长；而采用弧底梯形与现状断面易于结合，土方工程量少，施工期短，因此这些段渠道仍采用弧底梯形断面，内坡比1∶1。

（2）渠道水力计算。根据设计、加大、最小流量，比降和内边坡按下式进行水力计算：

式中：A为过水断面面积，m2；C为谢才系数，m1/2/s,C=1/n×R1/6；R为水力半径，m，R=A/X；X为湿周，m；i为渠道比降。

经过水力计算，各渠段的水力要素表3所示：

（3）不淤流速校核。夏灌期间，泾河来水含沙量大，易造成渠道淤积，故须进行不淤流速校核。本次设计以灌区渠首抽水含沙量10%（106.7 kg/m3）做不淤流速校核，不淤流速采用经验公式计算：

式中：C为系数，由泥沙组成确定，取0.64；R为渠道水力半径，取减小流量时相应水力半径。

计算得东干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠5+893～9+150、10+000～12+430、13+930～15+927、15+927～18+000段不淤流速分别为0.380 m/s、0.361 m/s、0.361 m/s、0.358 m/s。设计渠道各断面各种流量情况下的流速均大于不淤流速计算值。因此，设计的纵横断面满足不淤要求。

（4）衬砌结构形式设计。北干七支渠5+893～9+150、 10+000～12+430、13+930～15+927段采用弧底梯形断面板膜复合结构，弧形底采用80 mm厚砼现浇，梯形边坡采用60 mm厚砼预制板，边坡板上加50 mm厚预制水平砼封顶板，全断面铺设聚乙烯复合土工膜，膜厚0.20 mm,布重100 g/m2,土工膜与砼边坡板间设20 mm厚M5.0水泥砂浆过渡层。东干三支渠0+000～3+298段、北干七支渠15+927～18+000段“U”型全断面采用80 mm厚砼现浇。

砼衬砌渠段砼设计标号为：现浇砼强度C15，预制C20，抗冻F50，抗渗W4。每4 m设一道横向伸缩缝，伸缩缝下部用聚氯乙烯胶泥填充，上部用水泥砂浆填满。衬砌板下30 cm范围内的渠床土采用换填夯实的方法进行处理，要求压实系数不低于0.95，以减少土壤含水率，降低冻胀作用。

（5）渠系建筑物设计。斗门：水工部分采用C20现浇砼结构，进、出水侧均为扭面连接，涵洞为矩形砼结构。设计尺寸维持原尺寸不变。闸门采用工厂定型的铸铁闸门。

量水堰：采用巴歇尔量水堰，C20砼现浇结构。结构尺寸根据过水流量按巴歇尔量水堰设计手册和水工计算确定。根据巴歇尔量水堰的适用条件，在量水堰上下游各设80 m梯形平直段。

节制闸：闸墩及底板采用C20砼现浇，闸台板及人行桥板采用C25钢筋砼现浇。节制闸与上下游渠道采用扭面连接。闸门采用工厂定型的铸铁闸门。

5 结语

三原县灌区2018年续建配套节水改造项目的实施，将逐步解决工程设施现状存在的主要问题，扩大及改善灌溉面积，提高灌区的灌溉水利用系数和水分生产率。项目实施后，年增引水量71.89万m3，年均节约用水量为101.91万m3，可恢复灌溉面积0.27万亩，改善灌溉面积0.19万亩，年增灌溉效益102.55万元。

S274

B

1673-9000（2017）04-0087-03

2017-03-02

强小绒（1979-），女，陕西淳化人，助理工程师，主要从事农村人饮建后和农田灌溉管理工作。