玉马灌区水资源供需平衡及隧洞加固方案分析

周在美

（河南省人民胜利渠保障中心，河南 新乡 453000）

1 引言

玉马灌区是汝阳县最大的灌区，是汝阳县山南地区农业生产的命脉工程，对发展地方特色农业，稳定地方农业生产稳定，促进农业增效、农民增收具有明显作用。玉马灌区经历几次配套建设，但终因资金不足、配套不完善，仍有0.40 万hm2农田得不到有效灌溉，导致灌区工程效益不能正常发挥。为了提升灌区效益，对灌区进行改造加固。

2 工程概况

玉马灌区总干渠首为玉马水电站的尾水渠。玉马水库灌区初步设计规划灌溉三屯、上店、城关、刘店、小店五个乡（镇）的耕地0.67 万hm2，其中自流0.55 万hm2，提灌0.12 万hm2。灌区设计骨干输水渠道全长65.20 km，其中总干渠3.18 km，分干渠2条共15.26 km，支渠5条共46.74 km。

3 灌区水资源供需平衡分析

灌区的主要水源是玉马水库，玉马水库2006 年除险加固完成，根据最新的玉马水库除险加固资料，玉马水库总库容5 410万m3，兴利库容3 418万m3。

灌区灌溉毛需水量2 198.90万m3，灌区农村居民及牲畜毛需水量241.42万m3，合计灌区需水量2 440.32万m3。

3.1 调节计算原则

①P=50%保证率多年调节，以旬为单位时段调节；②据各时段的来水量和用水量之差，得各时段的余水量和水库蓄水量；③时段引水量与供水量由调节库容确定，并由供水量控制。

3.2 蒸发、渗漏

3.2.1 水库蒸发损失

根据水文分析，水库工程设计蒸发增损值参照《洛阳市水资源评价》（2016年2月），水库年蒸发损失按照下式计算：

式中：W—水库年蒸发损失量（m3）；E—水库设计蒸发损失增损值（mm）；F—水库水面积与河道水面积之差值（km2）。

玉马水库坝址可营造水面41.02 hm2。见表2。

三屯镇镇区多年平均水面蒸发及陆面蒸发情况见表1。

表1 三屯镇多年平均蒸发情况 单位：mm

表2 玉马水库工程坝址处年平均蒸发情况

3.2.2 水库渗漏损失

渗漏损失量按水体规模的10%考虑。见表3。

表3 玉马水库工程蓄水区渗漏情况

根据玉马水库蒸发、渗漏计算，蒸发、渗漏损失353.03万m3。

3.3 生态需水量

根据《水资源供需预测分析技术规范》确定，对于河道生态需水量的确定，原则上按多年平均径流量的10%～20%确定，经现场查勘和综合分析，以多年平均径流量（4 795.80万m3）的10%作为河道生态需水量，为479.58万m3。

3.4 可供水量计算

经调查，灌区范围内除农村居民及牲畜需水外，无其他用水户，因而水源地天然来水量减去蒸发、渗漏损失及河道的生态基流，便是水源地的可供水量。计算成果见表4。

表4 灌区P=50%保证率可供水量计算成果表 单位：万m3

灌区灌溉毛需水量2 198.90万m3，灌区农村居民及牲畜毛需水量241.42万m3，合计灌区需水量2 440.32万m3。从上表可看出，P=50%的年可供水量总体上可满足项目用水需求。

3.5 水资源供需平衡计算

灌区在保证率P=50%的情况下玉马水库年入库水量4 180.60 万m3，蒸发、渗漏量353.03 万m3，河道生态需水量479.58 万m3，年可供水量3 347.99 万m3；灌区远期规划水平年需水量2 440.32 万m3；年余水量907.59 万m3。由此看出，设计保证率P=50%的年总来水量总体上可满足项目用水需求。

根据实测玉马水库入库水量进行月旬年水资源平衡计算。以玉马水库设计保证率P=50%的典型年兴利调节计算：由旬初水库净来水量加旬初库存水量，减去当旬居民牲畜供水和灌区灌溉毛需水量，多余水量蓄于库内，当库水位超过正常蓄水位445 m（对应库容3 418 万m3）时，水库弃水。对项目区P=50%保证率下水资源平衡计算。结果表明年余水量为907.59万m3，玉马水库入库水量可以满足项目用水需要。

4 隧洞加固方案

4.1 西一分干渠隧洞

4.1.1 隧洞现状

西一分干渠本次工程范围内共有隧洞4座，总长1.62 km，均为城门洞型。西干渠隧洞进出口大部分被塌落土方掩埋，且隧洞内淤积严重。根据原设计资料显示，西干渠现状隧洞底宽1.50～2.20 m，高1.70 m，其中1#隧洞侧墙及顶拱为混凝土结构，2#～4#隧洞侧墙为浆砌石结构，顶拱为混凝土结构。通过现场调查，隧洞进出口被大部分塌落土方掩埋，隧洞内淤积，隧洞侧墙及底板存在渗漏等现象。

4.1.2 隧洞加固

由于西一分干渠现状隧洞洞径较小，进出口被大部分塌落土方掩埋，隧洞侧墙及底板存在渗漏现象，本次对西一分干渠隧洞进出口塌落土方进行清理，对隧洞内进行清淤，同时对隧洞侧墙及底板采用C25 混凝土进行衬砌，其中侧墙衬砌厚度12 cm，底板衬砌厚度10 cm。4.1.3 隧洞过流能力复核洞身断面尺寸按明渠均匀流计算，计算公式为：

式中：ω为洞身过水断面面积（m2）；c 为谢才系数，按曼宁公式计算；n 为糙率，取n=0.017；R 为水力半径（m）；i 为洞底纵坡。

对西一分干渠隧洞衬砌加固，衬砌后隧洞仍维持原有纵坡，隧洞断面减小，经计算隧洞水深抬高1-3 cm，经分析对比，隧洞加固后，不影响沿线取水口正常取水。同时加固改造后隧洞清淤疏浚、侧墙及底板防渗护砌，增加了安全输水能力，降低了水渗漏，提高了水利用率及灌区灌溉效率，进而增加了农业稳产增产等，其改造的社会、经济效益显著。

4.2 东干渠隧洞

4.2.1 隧洞现状

东干渠共有隧洞17 座，总长4 679.90 m，均为城门洞型。东干渠隧洞内淤积，部分隧洞顶部预制拱圈出现裂缝。经现场勘察，隧洞底宽1.65～4 m，高1.77～2.80 m，隧洞侧墙均为浆砌石结构，除9#隧洞拱顶为砖混结构、15#隧洞拱顶为土洞未护砌，其他隧洞顶拱均为混凝土预制拱圈，隧洞底板均为混凝土结构。现场调查东干渠隧洞主要问题：隧洞淤积；隧洞混凝土砌拱圈裂缝、灰缝脱落，部分裂缝贯通拱圈；拱圈材料劣化严重，影响结构物承载能力；隧洞混凝土砌拱圈间灰缝脱落。

4.2.2 隧洞加固

东干渠现状隧洞进行清淤。同时为维持现状隧洞稳定，对隧洞洞顶120°范围进行固结灌浆，固结灌浆深入岩体2 m，灌浆孔间距2 m布置一排，梅花形布置；采用I 12槽钢进行支撑，槽钢间距2 m，并对隧洞洞顶及侧墙采用C30钢筋混凝土衬砌，其中侧墙及洞顶衬砌厚度0.20 m，洞底衬砌厚度0.10 m。

为防止隧洞上部坍塌形成空洞，同时保证原有拱圈与岩体之间结合，本次对洞顶120%范围内原有拱圈与岩体之间、新建衬砌与原有拱圈之间通过预留灌浆孔进行回填灌浆。

4.2.3 隧洞过流能力复核

本次对东干渠隧洞进行衬砌加固，衬砌后隧洞仍维持原有纵坡，隧洞断面有所减小，经计算水位抬高2-2.50 cm，通过分析对比，加固改造后，不影响沿线取水口正常取水。另外由于加固改造后隧洞清淤疏浚、全断面防渗护砌，增加了安全输水能力，降低了水渗漏，提高了水利用率及灌区灌溉效率，进而增加了农业稳产增产等，其改造的社会、经济效益显著。

5 结论

①灌区在保证率P=50%的情况下玉马水库年入库水量为4 180.60 万m3，蒸发、渗漏量为353.03 万m3，河道生态需水量为479.58 万m3，年可供水量为3 347.99 万m3；灌区远期规划水平年需水量2 440.32 万m3；年余水量为907.59 万m3。由此看出，设计保证率P=50%的年总来水量总体上可满足项目用水需求。②对西一分干渠、东干渠进行清淤加固，加固改造后，不影响沿线取水口正常取水。另外由于加固改造后隧洞清淤疏浚、全断面防渗护砌，增加了安全输水能力，降低了水渗漏。