忻州市云北总排水渠改线工程可行性分析

李永强

（忻州市滹沱河水利管理局云北灌区，山西 忻州 034000）

1 项目背景

山西省忻府区航天机电二期50MW光伏发电项目，由上海航天汽车机电股份有限公司的子公司（上海太阳能科技有限公司）投资兴建，总投资5亿元。项目主要利用忻府区的荒地及盐碱地建设光伏发电项目，符合国家产业政策，是忻府区推动转型跨越、扩大招商引资、加速“五区”建设进程的重要成果，忻府区政府高度重视，积极协调各方，为项目建设提供优良的外部环境，以尽早发挥项目的综合效益。

项目位于忻州市忻府区高城乡南部，场址实测占地面积107.3hm2。工程场址区域内多为盐碱地及积水深坑，是周围耕地积水的排泄区；场址还占用了云北总排水渠上游的部分渠段，阻断了总排水渠，导致周围农田排碱、排涝困难，影响当地经济发展和群众生活。为此，对云北总排水渠永丰庄村段改线工程进行方案论证和勘察设计。

2 工程设计

总排水渠改线工程，利用项目西部现有黑疙排渠，改建旧渠长度476.5m，新挖渠道长度782.1m，清淤疏浚渠道1541m，并进行相应的建筑物设计。为减少新开渠道占地，排水渠断面采用复式断面、新技术与新工艺，既满足了排涝排碱功能，又最大限度减少了占地，整个线路占地较少，施工所需材料大部分利用当地材料。

2.1 方案比选

此次设计有两个比选方案。

方案一：排水渠仍利用项目区西北部的黑疙排渠，考虑到原有渠道淤积和人为侵占问题严重，南北向渠道需改建476.5m；之后原渠道进入项目区，由于项目区内已有建筑物的阻挡，设计将排水渠改移至永丰庄村北的斗渠西侧，需新开挖渠道782.1m；折向东后再与原黑疙排渠相接，最后将水送至永丰庄村附近的云北总排水渠。此方案线路全长2790.6m。优点是项目区交叉建筑物少，施工便利，工程造价低；缺点是需新增占用项目区外土地0.88hm2。

方案二：排水渠仍利用项目区西部原黑疙排渠，向南改建476.5m后，沿项目区内已有建筑物的间隙布置1055m，之后再与原黑疙排渠相接，最后将水送至永丰庄村附近的云北总排水渠。此方案线路全长2672m。优点是不新增占用项目区外土地；缺点是与项目区建筑物存在交叉干扰，施工困难，且建筑物间隙有350m长为道路，上部荷载大，排水渠结构需做钢筋混凝土箱涵，工程造价显著增加。

经技术经济比较，推荐方案一线路。

2.2 排水流量计算

2.2.1 排涝模数确定

根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288—99），排涝模数可按经验公式法、平均排除法计算。

①经验公式法

平原区设计排涝模数经验公式：

式中：q——设计排涝模数：

K——综合系数，反映降雨历时、流域形式、排水沟网密度、沟底比降等因素；

R——设计暴雨产生的径流深（R=ap其中，a径流系数；p设计暴雨量。查《山西省水文计算手册》，本区域24h暴雨平均值为50mm，相应的Cv=0.5，Cs=3.5Cv，Kp=1.661，由此计算可得10a一遇24h设计暴雨量p为83.05mm。径流系数a为0.11，可得10a一遇设计暴雨径流深R为9.14mm。)，mm；

m——峰量指数，反映洪峰与洪量关系；

n——递减指数，反映排涝模数与面积关系；

A——设计控制排水面积，本工程为3.06km2。

K、m、n参考类似平原地区确定，k取0.017，m取1，n取-0.25。计算得，设计排涝模数q为0.117m3/s·km2。

②平均排除法

平原地区旱地设计排涝模数计算公式：

式中：T——排涝历时（因旱地作物耐淹能力较差，排涝历时取为1d）；

R——设计暴雨产生的径流深，mm。计算得，设

计排涝模数q为0.106m3/s·km2。

上述两种方法计算结果相差不大，为安全起见，设计排涝模数取0.117m3/s·km2。

2.2.2 排水流量计算

云北总排水渠上游部分主要承担忻府区高城乡张村、永丰庄及秦城乡部落村共3个村3.06km2农田的排碱排涝任务，设计排涝模数为0.117m3/s·km2，计算设计排水流量为0.358m3/s。

2.3 渠道及其建筑物设计

根据《灌溉与排水工程设计规范》，结合云北总排水渠多年运行经验，渠道纵坡选取1/10000，干砌石护坡边坡取1∶1，土质边坡取1∶1.5，渠道糙率取0.03，考虑到排水渠既有排涝功能，又有排碱功能，并结合本区域地下水位，设计排水渠深度为2.5m。

根据《灌溉与排水工程设计规范》，有防治土地盐碱化任务的渠道，其渠道水位应在地面以下2.2～2.6m，故设计排水渠深度符合设计规范。

2.3.1 渠道结构设计

项目区紧邻耕地，用地非常紧张，为尽量减少占地，本方案采用复合式明渠，0+000—0+476.5段，利用原黑疙排渠。0+476.5—1+249.6段为新开挖渠道，渠道的下部为干砌石挡土墙护坡，底宽1.5m，边坡1∶1，墙高0.8m，干砌石挡土墙后设碎石反滤层，外侧铺设400 g/m2无纺土工布一道，渠道上部为土质，边坡1∶1.5，高度1.7m。1+249.6—2+140.6段，利用原黑疙排渠，工程任务为整理疏浚，渠底宽1.5m，边坡1∶2。

2.3.2 过流能力复核

根据明渠均匀流公式：

式中：Q——断面流量，m3/s；

ω——过流断面面积，m；

R——水力半径，m；

i——渠道平均坡降，为0.0001；

n——糙率，取0.03。

计算得，渠道水深为0.507m，相应流速0.178m/s。本渠道深度2.5m，干砌石防护高度0.8m，满足过流要求。

2.3.3 渠道建筑物设计

本次渠道改线工程需穿越乡村路3次，穿越永丰庄村北的斗渠1次，穿越农渠2次，为此布置穿渠、穿路建筑物各3件，长度共70m，埋设直径1.5m钢筋混凝土管通过。管壁厚15cm，执行标准：GB/T11836—2009，采用承插式结构。

钢筋混凝土管铺设纵坡1/2000，为避免水流对涵管进出口淘涮影响，涵管进出口处除边坡按渠道断面进行干砌石护砌外，底板用30cm干砌石护砌，长度3m，下设碎石反滤层，外侧铺设400g/m2无纺土工布一道。

3 投资估算

根据水利部水总[2014]429号“关于发布《水利工程设计概（估）算编制规定的通知》”，按引水工程计算，计算出人工工资预算单价，工长8.02元/工时，高级工7.40元/工时，中级工6.16元/工时，初级工4.26元/工时。主要材料价格采用2016年5月山西省忻州市市场价格。施工机械台班费按[2002]《水利工程施工机械台时费定额》计算。安装工程依据[2002]《水利水电设备安装工程概算定额》计算。勘测设计费按山西省水利厅晋水规计[2009]891号文执行。工程监理费按晋水财经[2007]287号文执行。

投资估算成果：投资总额214.77万元。估算成果符合概算规定，在总投资金额中占比较少。

4 经济评价

云北总排水渠改线工程，投资214.77万元，仅占航天机电山西忻府二期50MW光伏发电项目总投资的1/232.8。工程建成后，可彻底解决项目区及云北总排水渠上游耕地的排涝排碱问题，最大限度避免了项目对当地农业生产基础条件造成的损害，为灌区范围内今后引进项目时解决此类问题提供了示范，是一个投资较少、经济合理，能被投资方和灌区群众接受的方案。