南方某灌区节水灌溉技术方案的改造与研究

2022-11-23李莉莉

农业开发与装备 2022年10期

李莉莉

（广东中灏勘察设计咨询有限公司，广东肇庆 526060）

1 工程项目背景

共成水库灌区位于云浮市新兴县境内，建成于1966年，由东渠灌区和西渠灌区组成，干渠总长62 km，其中东干渠长30 km、西干渠长32 km，灌区设计灌溉面积3666.67 hm2。由于灌区建设时标准低，配套不完善，经多年运行，渠道淤积严重，渠堤垮塌现象时有发生，部分渠系建筑物老化损坏严重，过流能力严重不足，工程存在较大的安全隐患，严重影响了灌溉效益的正常发挥，也造成了水资源的严重浪费，导致实灌面积仅为2493.33 hm2。为贯彻落实党中央、国务院关于农业、农村和农民以及水利工作的一系列新的方针政策，加强农业水利基础设施建设，改善农业生产条件，提高农业综合生产能力特别是粮食综合生产能力，大力加强灌区工程的节水改造建设是十分必要的。只有加强骨干工程硬件设施和管理体制的改善，才能解决农业用水和水资源有限的矛盾，才能恢复和提高灌区骨干工程的效益，才能有效地节约用水及最大限度地优化水资源，才能促进灌区农业现代化、城镇化的发展，才能不断改善灌区的生产环境和提高人民生活水平。

2 存在的问题及分析

灌区建于20世纪60年代，受当时的经济和技术条件的限制，工程建设标准低，施工质量差，配套不完善，此为“先天不足”。管护跟不上，工程老损严重，此为“后天不足”，致使工程效益和灌溉面积逐年衰减。灌区骨干工程存在的主要问题如下：

2.1 工程设计标准低、质量差

灌区于1966年建成，当时正处在国家困难时期，该工程只能将有限的资金主要用于水库建设和总干渠、干渠上的主要建筑物，渠道均由当地人民群众自筹建设，渠道开挖断面“三度”达不到要求，回填土压实质量差导致回填土防渗达不到要求，有很多渠段欠挖欠填，或超挖。填筑渠堤普遍单薄，下边坡较陡，经常导致下渠基滑坡出险溃渠。部分渠段由于地处半山坡较陡峻，坡顶垂高超10 m，都是裸露的无防护的土坡，在暴雨袭击下，滑坡时有发生，已经造成这部分渠道的严重淤积，产生滑坡后修复渠道的造价非常大。

东干渠5座渡槽都是薄壳结构，无栏杆无人行桥，非常简陋，例如东山渡槽长达340 m、高度近23 m，无栏杆，管理人员根本不敢从上面走过去检查；页村渡槽槽身为只有少量钢丝的混凝土结构（据资料），各构件已有部分混凝土剥落。

2.2 建筑物严重老损

由于灌区渠道长度大，渠系建筑物众多，但几十年来工程维护资金短缺，致使渠道内杂草丛生，淤积严重，部分渠段内外坡均较陡，时有垮塌现象发生，隧洞衬砌护面剥落，渡槽槽身接头、节制闸、分水闸闸门止水大多老化损坏，闸门锈蚀严重，启闭设施简陋、落后。

灌区渠系建筑物建成运行至今，没有进行过系统的维修，部分建筑物已严重老化损坏。例如，页村渡槽（长199 m），支架已露筋、混凝土剥落严重，西云阁渡槽（长465 m）栏杆已不见了近1/4，渡槽接头、泄洪闸、分水涵闸止水大多数已老化或损坏，漏水现象较普遍。同时由于建筑物配套不全，工程存在的安全隐患较大，直接影响运行安全。

2.3 渠道渗漏，水资源浪费严重

由于渠道渗漏、毁损老化，建筑物跑水和管理原因，致使水资源浪费严重。在灌区，半挖半填和填方渠道占的比例较大，受填筑质量和土料影响，渠道普遍存在散浸，有的还存在明漏现象。大部分渠道“三度”未达标，加上渠道淤积严重，输水不畅，上游渠道满渠（渠道水深约1.5 m）输水到干渠一般只剩十几厘米水深，造成上游出现漫堤跑水，下游无水可用。

2.4 管理困难

干渠较长，交通不便，管理困难，工程维护投入小，管理手段、管理设施落后。灌区各管养站均是已建成40多年的砖木房，早已不能住人，部分已坍塌，员工收入只有社会平均水平的40%左右，工程管理维护困难。

3 改造方案的分析与研究

3.1 工程任务和目标

灌区节水改造工程任务是提高灌区灌溉效益。保证输水明渠、渠系建筑物的安全运行，同时减小渗漏，提高灌溉水利用系数，在本期灌区改造完成后，已失灌的1173.33 hm2绝大部分得到恢复（按80%考虑恢复940 hm2），保证了灌区农业生产的高产稳产。

3.2 工程改造方案的内容

3.2.1 渠道疏浚和衬砌：东干渠18+360～27+500段土质明渠防渗衬砌8.303 km；西干渠13+500～32+212段土质明渠防渗衬砌17.94 km。

3.2.2 渡槽重建和加固。重建渡槽2座东山渡槽、页村渡槽，总长度539 km；加固渡槽4座：力呈渡槽、田村渡槽、稔村渡槽及西云阁渡槽，渡槽总长度1103 m。

3.2.3 反虹吸管加固。加固印村反虹吸管，总长度214 m。

3.2.4 水闸、行人桥及管养站。东、西灌区工程改造分水闸38座、行人桥54座及机耕桥132座；重建管养站8座400 m²。

3.2.5 输水隧洞。东、西灌区现有10个输水隧洞，大部分隧洞淤积严重，需要人工清淤，平均淤积深度0.3 m。

3.3 渠道改造方案

渠道改造以节水防渗为重点，旨在提高渠道衬砌率，提高渠系水利用系数和输水环节的水利用系数。

根据沿线地形、地质条件、边坡稳定、施工管理、占地拆迁、工程造价以及衬砌等因素考虑，本次改造断面按梯形断面进行设计。从造价、施工方便、运行管理及耐久性等方面综合考虑，选取现浇混凝土板衬砌方案。其中西干渠有部分渠道地质情况比较差，采用梯形混凝土断面衬砌无法保证质量。根据实际探查并参考前期施工的工程经验，对这些渠道采用混凝土结构矩形渠道。

根据不同的段不同的地形，分别采用了一边混凝土矩形结构，一边梯形衬砌（混合式），和双边混凝土矩形结构（图1，图2）。

图1 混合式结构

图2 混凝土矩形结构

3.4 灌排建筑物改造方案

3.4.1 水闸改造方案。现状水闸闸室均为浆砌石砌体，结构单薄且简陋，由于维修保养跟不上，闸门体及门架破损严重，浆砌石闸室表面砂浆剥落、部分砌体松动或变形，部分混凝土闸门因侧墙或门体变形而影响启闭，现状水闸需全部重建。

新建分水闸全部于原址进行，水闸闸室底板及侧墙均采用钢筋混凝土结构，底板及侧墙厚度均为0.4 m，典型闸室长度为4.75 m，具体可视现场堤宽做适当调整，为减小绕渗，设混凝土刺墙，刺墙深入闸底下0.5 m、进入两侧土堤1.0 m，由于水闸分水流量不大，为便于设备订购（铸铁闸门），水闸闸室净宽统一定为0.8 m，闸门高度1.0 m～1.6 m（较水面线高0.2 m），闸门体采用铸铁闸门，设钢筋混凝土门架，闸门采用螺杆式手动葫芦启闭。

3.4.2 渡槽改造方案。东干渠现状布有渡槽5座，西干渠有1座（西云阁渡槽），各渡槽位置、长度等资料如表1所示。

表1 渡槽概况表

西干渠中的西云阁渡槽，是为跨越船岗河而建，槽断面为矩形，支承采用预制排架柱，由于进、出口连接的干渠布设高程所要求，渡槽除了跨越主河槽外，还需要跨越两侧较低的、宽阔的河滩，故渡槽总长度达465 m。西云阁渡槽存在问题：

1）大部分槽身表面老化，局部有露筋情况，但整体结构尚良好。

2）各跨槽身之间的分缝止水全部破坏失效。

3）进出口段有2个排架柱（出口往进口方向第2、第4排支柱）柱身有结构性胀裂破坏，其余排架柱除有混凝土表面老化外，尚无其他情况。

针对上述情况，西云阁渡槽予以保留，只进行维修、加固处理，措施：已破坏的2个排架支柱重建，槽身分缝止水重做，对槽身内、外钢筋混凝土表面及全部排架柱混凝土表面进行防老化处理。

东干渠中的东山渡槽、页村渡槽，是为减少渠道长度而跨越洼地所建（沿高程绕山坡而行长度非常大），其中东山渡槽较长、页村渡槽一般，两渡槽断面结构相同，均为装配式“U”型薄壳槽渡槽，槽内断面下半圆半径为0.9 m，上部直段高0.6 m，总深1.5 m，支承采用预制排架柱。东山渡槽、页村渡槽存在问题：

1）预制“U”型薄壳槽槽身老化严重，由于槽身薄且老化，不少位置产生渗水现象。

2）预制的支承排架柱断面原来只有0.2×0.2（m），后来部分高度较大的柱每边加厚5 cm，但加厚部分与原柱体多数整体性差，不少地方有分离情况。

3）排架柱柱体老化严重，多数柱面水泥砂浆流失石子外露，同时混凝土或呈蜂窝状或露筋或胀裂。

4）各段槽身间分缝漏水严重，渡槽未设检修桥，管养维护不方便。

针对上述情况，拟对2座渡槽拆除重建。新建渡槽进、出口高程及渡槽总长度不变，槽身为矩形混凝土槽，2座渡槽断面尺寸相同，除进、出段跨度不统一外，2座渡槽中部各跨跨度统一为12 m，其中东山渡槽为29跨，最大支墩高度为26 m，页村渡槽为17跨，最大支墩高度为9.6 m，渡槽槽墩为现浇钢筋混凝土空心墩。

东干渠除东山渡槽、页村渡槽外，余下的力呈渡槽、田村渡槽、稔村渡槽是为跨越河沟或洼地而建，槽身结构同东山渡槽、页村渡槽一样，亦为装配式“U”型渡槽，而存在问题则与西干渠中的西云阁渡槽相类似，槽身、排柱表面有老化现象，分缝止水损毁严重，渡槽进口、出口过渡段砌体有损毁情况，但整体结构良好，主体结构予以保留，采取改造措施是槽身、进行排柱表面防老化衬护、新作分缝止水等措施。

3.4.3 隧洞改造方案。共成水库灌区现有10个输水隧洞，其中西干渠有中黄隧洞及十里隧洞，2个隧洞全洞段采用预制钢筋混凝土构件衬砌，隧洞进、出口洞脸整体较好，只有局部地方砌体损坏，洞内衬砌结构完好、平整。其余8个隧洞布置在东干渠，各隧洞均全洞段进行了衬护，其中底板及侧墙采用料石衬砌，拱顶采用预制混凝土楔形砖衬砌，隧洞进、出口洞脸整体较好，只有局部地方砌体损坏，洞内衬砌结构完好、平整。

由现场勘查，各隧洞洞径小、衬砌结构完整，但淤积严重，经计算多数隧洞不满足过流要求。本次工程对进出口局部损坏砌体进行修补，淤积深度0.13 m～0.63 m，平均淤积0.3 m，清淤后将满足过流要求。

3.4.4 反虹吸管改造方案。西干渠有3座反虹吸管，虹吸管为钢筋混凝土结构，管身结构完整，本次改造工程不作改造处理，但印村反虹吸管跨越集成河，由于下游河床下切，危及虹吸管跨河段的基础，需进行防护处理，措施是于下游河床设沉管桩以保护管的基础。工程改造后，各反虹吸管布置、长度及进、出口高程不变。印村反虹吸管加固基础：印村反虹吸管跨越集成河，总长214 m，处于河床段约70 m左右，虹吸管的河床段原埋于河床下，由于下游河床的下切，现管顶已高于下游河床面达3 m左右，使管下游河床段形成陡坡段，河道过流时容易淘刷管基础，同时两岸崩塌，已做多次加固处理，但由于加固资金有限，均未能彻底处理，现管下游仍有护基松桩，但由于松桩较短，埋深浅，容易破坏。现拟于管下游设2排（每排并列3条管桩）钢筋混凝土预制管沉桩进行基础防护，桩长5 m，全部沉埋于河床砂层中，上、下游河床面设干砌石护面，下游两岸设浆砌石重力墙护岸。

3.4.5 渠道管养站及交通桥。本次改造干渠段内，东、西干渠各有4座管养站，均是几十年以前的砖木结构，已成为危房，下雨天不能住人，全部在原址进行重建，新建房为单层砖混结构，每座建筑面积50 m²。

本次改造的干渠内总共有小桥186座，其中东灌区行人小桥17座、机耕桥（或村道桥）37座，西灌区行人小桥37座、机耕桥（或村道桥）95座。现状桥涵结构简陋、混凝土板梁单薄、砌体支墩单薄且变形是最普遍情况，部分桥甚至是用木条架设、其上铺土所建，很不安全。新建人行桥宽度1.5 m，机耕桥宽度2.5 m，桥面为简支板梁式，桥墩采用现浇混凝土，桥跨按各渠道位置而定。

3.5 信息化系统设计

监控管理系统整体上由现场监控子系统、无线通信子系统、计算机管理子系统、市三防办水雨情遥测显示系统以及同水利工程管理中心联网的远程查询子系统组成。

现场监控子系统包括：水雨情监控、闸门监控。现场监控子系统应有良好的扩展性，一旦需要，可以建立水电监控子系统并纳入本系统中进行优化调度。

无线通信子系统以中控室值班机为中心，通过调制解调器和双工电台与设置在各现场的终端组成星形无线通信网络。

布置在中控室的计算机管理子系统是整个系统的中心。以Windows为网络操作系统构成局域网。选用高档微机作为服务器，内置数据服务器（SQLsever）、web服务器、文件与打印服务器，并连接一Moden，通过电话线（或电台）与外界联络，实现远程查询、互联网等功能。选用微机作为离线管理计算机，运行离线管理软件和办公服务软件。选用工业控制计算机（工控机）作为值班机（在线机），运行监控软件，完成日常监控任务。