淺談位山引黃灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)

杜 琳，高 飛，魏慶芬

（1.聊城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 聊城 252000；2.聊城市水利工程建設(shè)監(jiān)理中心，山東 聊城 252000；3.聊城市金彭陶水利管理處，山東 聊城 252000）

位山灌區(qū)是黃河中下游引水能力最大的引黃灌區(qū)，位于山東省境內(nèi)的魯西平原，渠首設(shè)計(jì)引水能力240m3/s，設(shè)計(jì)灌溉面積 36萬hm2，控制山東省聊城市8縣(市、區(qū))，85個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，占全市總耕地面積的65%。位山引黃灌區(qū)內(nèi)橫貫馬頰河和徒駭河兩條平原排水河道。灌區(qū)系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)為東、西輸沙渠，東、西沉沙池及一、二、三干渠，總長(zhǎng) 274km；具有分干渠 53條，支渠 825條，包括渡槽、涵洞、閘門等各類水工建筑物5000余座。位山灌區(qū)作為確保聊城農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)增收的重要基礎(chǔ)設(shè)施，自1970年復(fù)灌以來，共引水414億 m3，為聊城市65%的農(nóng)田灌溉和聊城市工業(yè)及水城建設(shè)提供了水源保證，引黃灌溉在改善當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保證地區(qū)糧食安全、保證沿黃城鄉(xiāng)人民生活用水、構(gòu)建和諧的糧食安全生產(chǎn)體系中，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。同時(shí)，自上世紀(jì)80年代開始實(shí)施的引黃入衛(wèi)（濟(jì)冀）和引黃濟(jì)津跨流域調(diào)水工程，為保障天津、河北等地的城市用水安全，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

1 灌區(qū)存在的主要問題

1.1 輸水渠道襯砌率低，配套程度差，渠系滲漏損失大

位山灌區(qū)經(jīng)過多年的續(xù)建配套，干渠渠道襯砌率大大提高，滲漏損失有所減少，但分干、支渠以下工程幾乎全部為土渠，且配套工程進(jìn)展緩慢，渠道滲漏損失仍然非常嚴(yán)重，影響了灌區(qū)的正常運(yùn)行和灌溉效益的發(fā)揮。

1.2 田間工程不配套，灌水技術(shù)落后，灌溉水浪費(fèi)嚴(yán)重

田間工程標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，工程配套率較差，土地平整度較差；田間固定渠道襯砌率低，現(xiàn)仍以土渠為主；灌水技術(shù)落后，大部分仍以大水漫灌、串灌、淹灌為主，田間灌溉水利用率低，灌溉水浪費(fèi)嚴(yán)重。

1.3 引沙量大，池渠泥沙淤積嚴(yán)重，泥沙處理困難

經(jīng)過30多年的運(yùn)用，造成沿渠部分分干、支渠分水口引水困難，部分引水口門淤死，引水條件惡化。干渠和沉沙條渠沿岸堆積了大量清淤棄土，并向兩岸不斷展寬、加高。清淤棄土占?jí)焊?，使?dāng)?shù)剞r(nóng)民人均耕地面積不斷減少，土地沙化嚴(yán)重，區(qū)域環(huán)境日漸惡化，當(dāng)?shù)厝罕姷纳a(chǎn)生活受到很大影響，泥沙處理矛盾日益突出。

1.4 灌區(qū)上、下游用水不均，生態(tài)環(huán)境惡化

干渠上游東阿、茌平及東昌府區(qū)的中南部，引黃條件便利，地下水開采條件較好，而由于單靠引黃供水，地下水資源得不到開采，造成水資源的極大浪費(fèi)。尤其一干渠上游段為地上渠，沿岸引黃條件好，引水量大，同時(shí)地下水回補(bǔ)較多，地下水位高，導(dǎo)致沿岸低洼地帶發(fā)生次生鹽堿化。而下游高唐縣的部分區(qū)域，引黃供水條件差，地下水開采條件也差。用水高峰期，下游干渠流量小，來水量少，用水緊張時(shí)甚至無水可用。因引黃用水困難，高峰期大量開采地下水進(jìn)行灌溉，地下水超采現(xiàn)象嚴(yán)重，造成地下水位不斷降低，加上干旱少雨，回補(bǔ)條件差，漏斗區(qū)面積逐漸擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境隨之不斷惡化。

1.5 黃河水資源日趨緊缺，灌區(qū)引水受到限制

受氣候干旱和人類活動(dòng)的影響，90年代以來，黃河來水量明顯減少，變得可用而不可靠。近年來，國家不斷加大對(duì)黃河引用水的監(jiān)控力度，并規(guī)定對(duì)引黃灌區(qū)實(shí)行限量引水，使得依靠引黃供水的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重影響。

1.6 灌區(qū)管理體制、機(jī)制不適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的要求

位山灌區(qū)運(yùn)行管理正從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)管理模式向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的現(xiàn)代企業(yè)管理模式轉(zhuǎn)變，管理體制還不盡健全，投入機(jī)制不盡完善，缺乏一定的經(jīng)濟(jì)自立能力；還達(dá)不到社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下對(duì)灌區(qū)經(jīng)營管理的要求。另外，灌區(qū)現(xiàn)行的灌溉水價(jià)遠(yuǎn)低于供水成本，由于水費(fèi)入不敷出，致使工程建設(shè)投入少，不能進(jìn)行適時(shí)的必要的擴(kuò)大再生產(chǎn)。

2 灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造措施

2.1 合理優(yōu)化調(diào)度水量，合理分配沉沙

為減少渠道淤積，增加水流挾沙能力，選擇合理的引水時(shí)機(jī)和引水次數(shù)，制定科學(xué)的時(shí)空調(diào)水方案是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化調(diào)度的關(guān)鍵。位山灌區(qū)根據(jù)骨干渠道襯砌后渠道糙率減小，輸水量增加、渠道抗沖刷能力的提高等有利條件，在保證工程安全的前提下，根據(jù)灌區(qū)的自然特點(diǎn)及工程實(shí)際情況，提出了“大、平、穩(wěn)、攻”的輸水模式及水沙優(yōu)化調(diào)度的初步方案。大，即短時(shí)間內(nèi)的高水位、大流量，盡量按設(shè)計(jì)流量或超設(shè)計(jì)流量滿負(fù)荷引水；平，即沉沙池進(jìn)出口流量平衡；穩(wěn)，即渠首引水流量盡量保持穩(wěn)定；攻，即騰空沉池，造成大比降、大流量攻沙。通過“大、平、穩(wěn)、攻”的輸水模式及水沙優(yōu)化調(diào)度方案的實(shí)施，取得了良好的效果。

2.1.1 灌溉周期縮短

由于大流量引水，日均引水量大幅度增加，使灌溉周期大為縮短，據(jù)初步測(cè)算，實(shí)施該措施后，灌溉周期縮短了1/3左右。

2.1.2 灌溉面積擴(kuò)大

高水位、大流量引水，相應(yīng)地增加了分干渠以下及灌區(qū)下游的用水保證率，延伸了控制范圍，甚至使原來從沒有到過黃河水的地方也用到了黃河水，比節(jié)水改造前擴(kuò)大灌溉面積220～353km2。

2.1.3 干渠淤積減輕

由于高水位、大流量引水，增加了水流挾沙能力，從而實(shí)現(xiàn)了分散泥沙、遠(yuǎn)程輸沙的目的。東沉沙池、輸沙渠自1999年襯砌以來每年減少80萬m3的淤積，下游輸水一干渠基本上達(dá)到了沖淤平衡，大大增加了泥沙入田間比例。西輸沙渠系統(tǒng)的二干渠周店閘至陳口閘段原來每年清淤75萬m3左右，清淤費(fèi)用達(dá)450萬元，渠道襯砌后，結(jié)合科學(xué)合理的水沙調(diào)度方案后至今沒有清淤過。

2.1.4 灌溉水利用率增大

在渠道滲漏過程中，時(shí)間變量是重要因素，在其他因素相同條件下，輸水時(shí)間越長(zhǎng)，滲漏損失量越大。在位山灌區(qū)，只有骨干渠道進(jìn)行了襯砌，襯砌量占渠道總長(zhǎng)的比重較小，如按設(shè)計(jì)流量引水，能大大縮短引水時(shí)間，減少渠道輸水損失的30%～50%。因此，可大大提高灌溉水的利用率，經(jīng)過資料分析，采取該引水方案后，位山灌區(qū)可節(jié)水4.56%。

2.1.5 灌區(qū)上下游均衡受益

由于采取高水位、大流量引水，不僅日引水量增加，節(jié)約的灌溉用水量還可以送往下游缺水地區(qū)，提高了下游用水的保證率和下游用水比例。

2.2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，改進(jìn)襯砌工藝

2.2.1 渠道襯砌砼板形式的改進(jìn)

在渠道傳統(tǒng)襯砌中常采用單式梯形斷面，采用復(fù)合土工膜防滲，預(yù)制長(zhǎng)方形砼板護(hù)坡。通過灌區(qū)幾年的襯砌經(jīng)驗(yàn)，將襯砌板改為六邊形，相比長(zhǎng)方形板有襯砌工程外形美觀、整體好、減小不均勻沉降、運(yùn)輸損壞率低等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.2 渠道襯砌防滲與側(cè)滲矛盾的解決

在灌區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的節(jié)水改造工程，主要對(duì)各級(jí)渠道進(jìn)行防滲襯砌處理，是我國灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目目前應(yīng)用最為廣泛的節(jié)水工程技術(shù)之一。對(duì)于挖方渠道，在干旱年份全斷面防滲襯砌節(jié)水效果非常明顯，不僅提高了渠道水利用系數(shù)，而且改善了渠道的輸水輸沙能力，為灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供了保證。但豐水年及秋澆后地下水位迅速抬高，灌溉結(jié)束后渠道內(nèi)無水，造成渠底與渠堤兩側(cè)地下水位落差較大，致使在地下水側(cè)滲壓力作用下發(fā)生襯砌面板的塌滑現(xiàn)象。渠道襯砌防滲和側(cè)滲本身就是相互矛盾的，特別是引黃灌區(qū)，黃河水含泥沙量高，并且黃河下游泥沙主要是細(xì)粒沙，側(cè)滲工程部位往往被泥沙淤積堵塞，起不到側(cè)滲效果，使得工程遭到一定程度的破壞，而側(cè)滲工程的暢通，在一定程度上又影響了節(jié)水效果。

為了改進(jìn)以往只注重防滲設(shè)計(jì)的片面思路，將防滲和側(cè)滲結(jié)合起來考慮，以增強(qiáng)工程的使用壽命和維護(hù)成本。在襯砌工程設(shè)計(jì)中對(duì)全斷面襯砌構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn)，在渠道兩側(cè)底層第一、二、三行板采用預(yù)留排水孔預(yù)制板，預(yù)留排水孔用C20無砂砼填補(bǔ)，板縫均采用M15水泥砂漿勾縫。在底層三行半砼板下鋪設(shè)無紡?fù)凉げ?，在土工布下鋪設(shè)10cm厚的中沙反濾層，以便地下水通過預(yù)留排水孔排出，以達(dá)到降低地下水位、減小浮托力之目的。

2.3 加快灌區(qū)信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化“數(shù)字灌區(qū)”

20世紀(jì)80年代，位山灌區(qū)就充分認(rèn)識(shí)到了灌區(qū)信息化建設(shè)的重要性。1986年，灌區(qū)開始與清華大學(xué)等高校進(jìn)行合作，選題目、探路子，經(jīng)過20年不懈努力，逐步使灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)形成了比較完善的結(jié)構(gòu)體系，信息化系統(tǒng)包括：信息采集系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通訊及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)、渠系自動(dòng)化系統(tǒng)等。其工作流程是：由信息采集系統(tǒng)將每日采集的灌區(qū)內(nèi)各監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)信息，通過通訊系統(tǒng)傳遞給信息處理系統(tǒng)，由信息處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行匯總、分析整理后，保存到綜合數(shù)據(jù)庫并傳遞給各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，再由各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)做出各種分析方案，為管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行灌區(qū)水資源管理、水量調(diào)配及日常管理服務(wù)提供決策依據(jù)。灌區(qū)信息化的建設(shè)為灌區(qū)建設(shè)成水資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代化“數(shù)字灌區(qū)”奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 節(jié)水改造取得的成效

通過近幾年灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目的實(shí)施，按照先急后緩、先干渠后分干渠的原則，先后對(duì)東輸沙渠、一干渠、二干渠襯砌及其附屬工程改造，完成了骨干渠道襯砌134.3km，配套建筑物308座。取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及生態(tài)效益。

渠道工程改造后，滲漏損失大幅度降低，分水口門跑水漏水問題得到解決，破堤取水和無償用水得到根治，水的利用率大幅度提高。灌區(qū)自1998～2005年實(shí)施節(jié)水改造項(xiàng)目后，共節(jié)約水量13567.3萬m3，分別供給電力工業(yè)、城市環(huán)境和農(nóng)業(yè)，其中工業(yè)效益16031萬元，農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效益13646.9萬元，改善灌溉面積203km2，改良鹽堿地面積20km2。

4 結(jié) 語

位山灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造取得了顯著成效，今后在對(duì)灌區(qū)進(jìn)行大規(guī)模工程節(jié)水改造的同時(shí)要加強(qiáng)非工程措施節(jié)水與技術(shù)節(jié)水，制定科學(xué)合理水資源優(yōu)化調(diào)度方案，加大根據(jù)作物生長(zhǎng)特性適時(shí)適量灌溉技術(shù)的研究投入，提高管理水平，才能更有效節(jié)水，提高水利用的經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)節(jié)水灌溉條件下水文循環(huán)變化規(guī)律、農(nóng)田尺度內(nèi)生物群落及其環(huán)境效應(yīng)、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境容量及水資源承載力等方面的研究，以進(jìn)一步提高灌區(qū)節(jié)水灌溉的社會(huì)效益和生態(tài)效益。

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