梅山灌区重建续建工程设计及环境影响

□陈 明

（信阳市泼河水库管理局）

1 梅山灌区现状

固始县梅山灌区地形是南高北低，以南部浅山区向北部丘陵伸展，未端为平原地带，淮河右岸支流—史河南北向纵贯灌区全境，将灌区一分为二，东部为总干渠、中干渠和东干渠，西部为南干和西干渠，梅山灌区的主要水源由梅山水库供水，梅山水库至黎集枢纽以上藉用35 km史河输水，黎集枢纽调节东干渠、中干渠和西干渠引水，南干渠从红石嘴枢纽左岸直接引水，由安徽省金寨县西部浅山区流向固始县南部，再向北部延伸。

干渠沿线所经地段，多为浅山脚部和丘岗中低部，工程地质变化大，大部分渠段在粘土，壤土或粉质壤土上，填方渠段原施工质量较差，渗漏问题突出，总干在原史河故道上渗漏非常严重。中干渠沿线地貌形态属于河漫滩地，地势平坦。南干渠渠线沿程穿南部低山区而延伸向北至县城。

2 梅山灌区工程存在的问题

灌区工程经过近40 a 的运用，对抗御自然灾害，促进农业稳产增收起到了很大作用。灌区渠系布局合理，但灌区建设正值“大跃进”和“文革”期间，工程建设急于求成，资金短缺，“三材”紧张，特别是工程施工采用人海战术，工程技术人员少，质量难以控制，加之工程运行时间长，又缺少必要的维修资金，工程老化失修，致使目前灌区工程存在以下诸多问题：

渗漏，坍塌滑坡，淤积，建筑物裂缝、沉陷、漏水、老化、损坏严重，管理设施陈旧、破损，通讯设备缺乏，部分管理房屋破旧失修，漏水、沉降严重；闸门及启闭设备老化失修，运行不便，量水设施陈旧不全；支渠以下工程不配套，田间工程缺乏；管理手段落后，管理人员收入较低，人心不稳，造成灌溉效益较差，并有逐年衰减的趋势。

以上问题的存在，已严重威胁灌区生存与发展，极大地浪费水资源，威胁国家粮食生产安全，与“手中有粮，心中不慌”的要求相背，因此大力开展灌区续建配套节水改造势在必行。

3 梅山灌区水闸重建续建工程设计依据

节能是中国发展经济的一项长远战略方针。根据法律法规的要求，依据国家和行业有关节能的标准和规范合理设计，起到节约提高能源利用效率，促进国民经济向节能型发展的作用。

节能方案应符合相关建设标准、技术标准和《中国节能技术政策大纲》中的节能要求。工艺和设备的合理用能、主要产品能源单耗指标要以国内先进能耗水平或参照国际先进水平作为设计依据。

4 退水闸、跌水闸重建工程设计方案

梅山灌区退水闸、跌水闸重建工程涉及东干、独山堰干渠、东干一支、中干八支、九支、十支、南干渠新一支、三支、六支，共计二条干渠七条支渠，退水闸11座；跌水闸13座，这批工程设施建于20世纪70年代，工程简陋，质量差，标准低，加之通过几十年的频繁运用，现已老化严重、闸房漏雨、门窗破损、启闭机梁裂缝、闸门启闭机老化等问题。现以东干渠引龙退水闸为例进行工程设计：为确保东干渠正常运行引龙退水闸急需重建。引龙退水闸座落在桩号21+936，设计流量为8.00 m3/s。

4.1 水力计算

验算过流能力：根据《水闸设计规范》SL265-2001，设计条件为宽顶堰流时，该闸应能通过设计流量8.00 m3/s。根据实际所取孔数及闸孔布置型式，按宽顶堰泄流验算该闸过流能力，取闸门宽3.00 m。

式（1）中：σs—淹没系数，按水闸设计规范中表A..0.10—2查得该值为0.97；ɛ—侧向收缩系数，取0.90；m—流量系数，取0.39；n·b=1×3.0=1.0m;H0=1.50 m。

=8.18 m3/s＞8.00 m3/s

故所定闸的规模合适。

4.2 消能计算

4.2.1 消力池深度计算

消力池深度计算按《水闸设计规范》（SL265-2001）附录B公式计算：

式（3）（4）（5）（6）中：d—消力池深度（m）；σ0—水跃淹没系数。采用1.10；—跃后水深（m）；hc—收缩水深（m）；a—水流动能校正系数，采用1.00；q —过闸单宽流量（m3/s），为2.67 m3/s；b1—消力池首端宽度（m），取3.00 m；b2—消力池末端宽度（m），取3.00 m；T0—由消力池底板顶面算起的总势能（m），为2.87 m；△Z—出池落差（m）；＇hs—出池河床水深（m），为1.60 m。经过试算，选定消力池深度d为0.85 m。4.2.2 消力池长度计算

消力池长度计算：水跃长度Lj=6.9（hc″-hc）=8.87 m；消力池长度Lsj=Ls+βLj=8×1.02×0.7×8.87=9.27 m；选定消力池陡坡段水平投影长度取10.20 m，水平段长度取10.00 m。

4.2.3 海漫长度计算

用下式计算海漫长度：

式（7）中：Lp—海漫长度（m）；qs—消力池末端单宽流量（m3/s），经计算为2.67 m3/s；Ks—海漫长度计算系数，闸址处为粉质粘土，Ks取9；△H＇—上、下游水头差，2.71 m。

代入上式计算得LP=18.80 m。

海漫一、二段均采用浆砌块石护砌，长度均为12.00 m。

4.3 闸室稳定验算

4.3.1 闸室基底应力计算公式

闸室基底应力计算公式：

4.3.2 基底应力分布不均匀系数计算公式

基底应力分布不均匀系数计算公式：

式（9）中字母含义同上。

4.3.3 闸室沿基面的抗滑稳定计算公式闸室沿基面的抗滑稳定计算公式：

式（10）中：Kc—抗滑稳定安全系数；f—闸基底面与地基之间的摩擦系数；∑H—作用于闸室上的全部水平向荷载之和（kN）。

闸室稳定复核成果见表1。

表1 闸室稳定计算成果表

由计算成果可知：闸室抗滑稳定安全系数和地基应力不均匀系数均满足《水闸设计规范》（SL265-2001）要求。地基应力小于该层地基承载力。

4.4 结构设计

退水闸进口段为6.80 m 长M7.5 浆砌石八字墙，护底为C20混凝土，厚0.40 m。闸室段长6.00 m，宽3.00 m，高3.40 m，闸墩为C20 钢筋混凝土结构，底板为厚0.60 m 的C20 钢筋混凝土结构。闸室上部为排架和闸房，闸门采用平板钢闸门，配套LQD—（Ⅰ）—8 t 启闭机1 台。闸室前设一交通桥，桥宽3.00 m，桥板厚0.16 m。闸后接陡坡及消力池段，陡坡段水平投影长10.20 m，消力池段长10.00 m，深为0.85 m，底部为厚0.40 m 的C20 混凝土护底。海漫两段均长12.00 m，护坡厚0.40 m，护底厚0.40 m，均为M7.5浆砌石结构重建退水闸。

5 梅山灌区工程重建续建后对环境的影响

随着灌区农业发展，化肥用量越来越大，抽样调查平均每公顷施用量达900 kg，造成过剩的化肥不能被作物完全吸收而渗入地下，污染环境，为保证农业丰收，农药使用量也大大增加，而这些农药大部分逸散在作物、土壤和空气中，造成环境污染，对人体健康也有一定的危害性；另外，农药在消灭害虫的同时，也消灭了天敌，结果破了生态平衡，渠道沿线的个别村庄由于渠道渗漏而造成的房屋潮湿道路泥泞，田间工程不配套，灌溉水浪费严重，另外因排水体系不健全，小部分土地有渍害发生。

梅山灌区节水改造项目完成后，在干、支、斗渠两堤植树绿化，可形成纵横交错的林带，对改善渠堤沿线及整个灌区的环境将起到积极作用。同时，在主要交通要道再兴建和修建生产桥，为广大群众的生产和生活及工程管理提供便利条件。因此，该工程的实施，既美化了当地环境，又改善了交通条件。

灌区引用梅山水库和区间径流水，水质良好，属低矿化度淡水，平均每升2.79 mg 当量，最大值4.86 mg 当量，PH 值在6.70～8.00 之间，总硬度0.24～4.66 德国度，为软水或极软水，符合国家《地面水环境质量》Ⅱ级水质标准，适于饮用和灌溉。灌区节水改造完成后，大大改善了灌区的水土条件，使灌区光热、水土资源得到进一步的利用，生态环境转向良性循环。

由于灌区供水，改善了农村生活用水条件和缺水地区饮用水的质量，改善了灌区内村庄的卫生条件，加之渠堤植树造林，不但加速林业发展，而且绿化环境净化了空气，加之渠系的配套建设和标准化，堤顶加宽，增加了交通网络密度，不仅有利于人民群众的生产生活和繁荣灌区经济，而且也方便了灌区管理，随着技改工程的实施，灌区内闲余劳动力参加项目建设，增加了收入，还会得到较好的社会效益。

灌区进行合理灌溉和排水，土壤水、热、气、状况得到改善，发展高产、稳产田，粮食产量将大幅度提高。烟叶、蔬菜，瓜果等经济作物，畜牧业水产养殖业也相应发展，从而增加经济收入，改善灌区人民生活，有利于社会稳定。

6 结语

通过对梅山灌区的重建续建配套及节水改造，发展先进的灌水方式，灌区土壤、水、热、气状况得到改善，粮食产量大幅度提高，经济作物、畜牧业及水产养殖业也得到相应发展，从而增加经济收入，改善梅山灌区人民生活，有利于社会的稳定发展。