基于洪山泉域保护的灌区节水配套改造措施

赵丽萍

（榆次区水利发展中心，山西 榆次 030600）

1 工程概况

洪山泉位于距山西省介休市城区10 km 的洪山镇附近，出露于太岳山北端西麓与太原盆地交界处，自古以来是一个流量稳定、水流集中、水质良好、环境优美的自流涌泉。洪山泉域不仅是介休市最重要的水源地，也是晋中具有历史人文及旅游价值的宝地。依托洪山泉，1949 年成立了洪山灌区，设计灌溉面积0.83 万hm2，在当地农业发展中起着举足轻重的作用。洪山泉1955—1995 年系列年均流量1.25 m3/s，从1998 年开始泉水急剧衰减，2005 年仅有0.12 m3/s，2012 年降为0.01 m3/s，2013 年干枯，随着洪山泉的衰减，如今洪山灌区已无水可用。

泉水流量急剧衰减的原因：一是洪山泉是太原断陷盆地边缘的断层溢流泉，其北边界为霍山北缘大断裂，沿断裂带岩溶水的传导性极大，在此带上打井或开凿矿井，造成水压释放，降低水头；二是泉域补给区龙凤河上游地区矿井泛滥，采煤大大减少了对岩溶地下水的补给量；三是降雨量减少，本世纪比上世纪年均减少13%，使岩溶地下水入渗补给量减少，2019 年降雨量更是减少了40%。

2 工程修复

为加强洪山泉域水资源保护，恢复洪山灌区灌溉条件，提高灌区农田灌溉水有效利用系数，实施洪山灌区节水配套改造项目。目前受可供水量限制，灌区可利用客水量423 万m3，仅能保障0.1 万hm2耕地的灌溉，本工程的实施作为泉域保护第一步，后续会继续开发新水源，缓解地下水开采压力。

2.1 工程水源

2.1.1 利用大水网解决地域性缺水问题

项目每年利用大水网东山供水工程农业水量355万m3，破解洪山区域水资源短缺瓶颈，给洪山灌区灌溉提供水源。为推动当地转型发展、有效解决人民群众工、农业生产问题、保障和改善民生提供基本保障。

2.1.2 高效利用煤矿排水减少水资源浪费

煤矿是介休市的主要产业，但对洪山泉域破坏也是严重的，充分利用煤矿排水，给灌溉期农业灌溉，非灌溉期工业供水提供水源，既盘活了采煤弃水资源，又有效利用洪山泉域地下水资源，遏制了水资源浪费问题，实现当地水生态良性循环。

2.1.3 实现降雨补给与泉域水循环

科学调度充分利用项目调蓄库西湖龙水库，拦蓄雨洪资源，改善当地气候环境，打通地下水入渗补给洪山泉域通道，提供生态用水，涵养植被与地下水源。通过农田灌溉补给洪山泉域，据计算本项目每年可补充地下水21 万m3。

2.2 总体布置

项目以东山供水和煤矿排水为水源，其中洪山灌区属于东山供水工程受水区，项目区农业配水量为355 万m3，煤矿排水为介休市左则沟煤矿排水，通过实测，年可利用量为68 万m3，总可供水量为423 万m3。

引水路线为从东山供水管线取水点和煤矿排水点，分别铺设引水管道至西湖龙水库和洪山灌区管理处蓄水池。供水路线一是西湖龙水库自压将水引至受益村，二是蓄水池水一部分自流灌溉，一部分泵站提至洪山源神池内，通过原干渠自流至受益村。

3 管道布置

3.1 干管布置

3.1.1 东山供水引水管布置

东山供水引水管线设计直径为315 PVC 管（675 m）和直径为500 球墨铸铁管（1 443 m），从西湖龙水库上游段东山供水管道取水口，引水至西湖龙水库和洪山灌区管理处院内（磨沟村）新建4 000 m3蓄水池，总长2 118 m。

3.1.2 煤矿排水引水管布置

煤矿排水引水管设计为DN400 和DN300 球墨铸铁管，从介休市左则沟煤矿排水水源点通过压力管道沿X923 公路和樊王河河床铺设引水管道引水至西湖龙水库和洪山灌区管理处院内（磨沟村）新建3 000 m3蓄水池。煤矿排水引水管道总长9 342 m，分两条管段，其中一条从煤矿1 采区连接沿樊王河河床铺设至磨沟供水站，一条从煤矿2 采区连接沿X923 公路铺设至西湖龙水库，在樊王河桥坐标进行相互贯通，起点水源相互调节。

3.1.3 磨沟供水站、西湖龙水库连通管道布置

磨沟供水站、西湖龙水库连通管道设计直径为315PVC 管，从磨沟供水站3 000 m3蓄水池至西湖龙水库，用于调节水量和灌溉连福镇连福村和迎远堡村，总长为1 443 m。

3.1.4 磨沟提水管线布置

磨沟提水管DN300 球墨铸铁管从新建4 000 m3蓄水池将水提至洪山源神池内，通过原渠道自流灌溉洪山镇洪山村和磨沟村，管线总长为3 575 m。

3.2 支管布置

支管布置为树状管网，管网运行采取干管续灌、田间地埋支管轮灌的工作制度，每条干管上一次打开4～5 根地埋支管，每条支管上一次打开1～4 个给水栓。管径计算公式如下：

式中：D——管道直径，mm；

Q——设计流量，m3/s；

v——设计流速，m/s，取1.8 m/s。

经计算，支管采用DN160PVC、DN200PVC 和DN250 PVC 管，压力等级0.63 MPa。

3.3 水力计算

局部水头损失按沿程水头损失的10%计算，按各管段过流量分别选用计算流量。管道的水头损失按下列公式计算：

根据RSSI-Pb关系模型，使帧内编码RS码的编码率能够根据链路的接收信号强度RSSI的变化而动态变化，从而减少帧内编码冗余，增加吞吐率.

式中：h——管道水头损失，m；

hf——管道沿程水头损失，m；

hj——管道局部水头损失，取沿程损失的10%，m；

Q——流量，m3/h；

D——管道内径，mm；

f——摩阻系数，球墨铸铁管取6.25×105，PVC-U管取0.948×105；

m——流量指数，球墨铸铁管取1.9，PVC-U 管取1.77；

L——管道长度，m。

水力计算结果见表1、表2。

表1 支管流量计算表

表2 支管管网流量、管径、损失及工作压力

4 蓄水池设计

根据煤矿排水量及灌区地理条件和工农业用水的周期性，新建3 000 m3调节蓄水池一座，主要调蓄储存煤矿排水，在灌溉期利用和西湖龙水库连通，灌溉连福村和迎远堡两个村的耕地，在非灌溉期经水处理系统净化后用于工业用水，收取的工业水费用于工程运行维护管理，达到以水养水的目的。

为确保提水泵站在灌溉期长时间运行，设计新建4 000 m3调节蓄水池1 座，用于调蓄东山供水，利用提水泵站提水至洪山源神池内，再利用洪山灌区原有的渠道灌溉洪山村和磨沟两个村的耕地。

两座蓄水池采用全埋式，池沿高出地面30 cm，池身采用钢筋混凝土结构，混凝土强度C25，抗渗标号为S6，池内采用1∶2 水泥砂浆抹面。池壁施工缝设在地板与池壁连接的斜托上部和池壁与顶板连接的斜托下部，溢流口设置在池壁的正常蓄水位处，并修建溢洪渠。池底应进行分层夯实，夯实平整后，池底采用C20 混凝土现浇，厚度10 cm。

根据受益区面积计算，提水泵站设计流量为216m3/h，本地水源煤矿排水平均流量为182.84 m3/h。

5 结语

通过项目建设，恢复改善灌溉面积0.1 万hm2，灌溉水利用效率从0.45 提高到0.8，年节约灌溉用水75 万m3，节水效益37.5 万元，新增粮食产能2 400 t，年增收入420 万元。同时节省了灌溉用工，提高了农业机械化水平和集约化程度，平均每亩每次可省1 个工时，年灌水按5 次计算，年省工效益为112.5 万元。该项目的实施改善了洪山灌区水资源紧缺状况，具有农业灌溉、工业供水、生态用水和地下水补偿四大功效，实现了山西大水网东山供水工程效益扩大化。