霞家河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程規(guī)劃與研究

闕鋼生

(湖北省廣水市水利勘察設(shè)計(jì)院 湖北廣水 432700)

1 工程概況

霞家河灌區(qū)位于湖北省廣水市東部,國(guó)土面積315.2km2,涉及 3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),總?cè)丝?21.5萬(wàn)人,耕地面積 1130hm2,設(shè)計(jì)灌溉面積 5.2萬(wàn)畝。工程1958年開始建設(shè),1960年 12月建成。灌區(qū)是以一座中型水庫(kù) (霞家河水庫(kù))為主要水源,利用灌區(qū)內(nèi)小型水庫(kù)、塘堰作調(diào)節(jié),通過(guò)干渠相互溝通形成的長(zhǎng)藤結(jié)瓜式灌溉系統(tǒng)。

霞家河水庫(kù)是一座多年調(diào)節(jié)中型水庫(kù),承雨面積 37km2,總庫(kù)容 0.3448億 m3,興利庫(kù)容 0.2125億 m3,死庫(kù)容 0.0056億 m3。水庫(kù)樞紐工程由大壩、輸水隧洞、溢洪道、城鎮(zhèn)供水管、灌溉渠道等配套工程組成。灌溉渠道分為四級(jí):干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠。斗渠以上渠道全長(zhǎng) 454.10km,其中:總干渠1條,長(zhǎng) 25.81km;分干渠 3條,長(zhǎng) 43.2km;支渠 7條,長(zhǎng) 38.2km;斗渠以上建筑物 460處。

灌區(qū)內(nèi)有小型水庫(kù) 36座,塘堰 0.652萬(wàn)口,承雨面積 129.3km2,總庫(kù)容 2763.5萬(wàn) m3,興利庫(kù)容 1893.2萬(wàn) m3,死庫(kù)容 870.3萬(wàn) m3。

2 存在主要問(wèn)題

(1)灌區(qū)工程布局不合理。灌區(qū)蓄水工程上游多下游少、配套建筑物主干渠多其他渠系少,與區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)力布局呈逆向分布,水資源供需矛盾十分突出,有以下特點(diǎn):灌區(qū)上游水資源豐富,但人口和耕地面積較少,需水量?jī)H占全灌區(qū)21%,灌區(qū)下游水資源貧乏,人口和耕地面積卻較多,需水量占全灌區(qū) 79%,同時(shí),由于灌區(qū)渠系工程不配套,導(dǎo)致灌區(qū)上游、下游不能有效溝通連接,區(qū)內(nèi)水資源之間聯(lián)合調(diào)度困難,嚴(yán)重影響工程效益的發(fā)揮。據(jù) 2008年調(diào)查統(tǒng)計(jì),灌區(qū)有效灌溉面積日益減少,灌溉面積由原來(lái)的 5.2萬(wàn)畝減少到現(xiàn)在的 4.6萬(wàn)畝,縮減面積占總灌溉面積的11.5%。

(2)現(xiàn)有的工程老化失修嚴(yán)重:①渠道淤塞、沖刷嚴(yán)重。全灌區(qū)現(xiàn)有渠道淤積平均深度 22cm,總干渠上最大淤積深度達(dá) 1.2m,經(jīng)測(cè)算,整個(gè)灌區(qū)淤塞量已 10.3萬(wàn) m3;被沖刷的渠道長(zhǎng)度累計(jì)有63.2km,沖刷最大深度達(dá) 0.8m;渠道滲漏量大,渠道襯砌率不足 1%;深挖方土渠、臺(tái)渠段渠岸崩塌多,現(xiàn)有滑坡、崩塌地段 21處。②水工建筑物老損失修。根據(jù)對(duì)灌區(qū)總干渠及 7條支渠的調(diào)查統(tǒng)計(jì),所建各類建筑物 460處,有 406處為病險(xiǎn)建筑物,占總數(shù)的 88.2%,其中:有 213處建筑物帶病運(yùn)行,占總數(shù)的 45.4%,有 105處建筑物及設(shè)備損壞失效,占總數(shù)的 22.3%。

(3)灌區(qū)需水結(jié)構(gòu)發(fā)生根本變化。十一屆三中全會(huì)以后,隨著灌區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,小城鎮(zhèn)和新農(nóng)村的發(fā)展,以及農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整,工業(yè)、城鄉(xiāng)生活用水量逐年在增加,農(nóng)業(yè)灌溉用水量逐年在減少。如:灌區(qū)城鎮(zhèn)工業(yè)、生活日供水量比 1990年以前增大 4倍,由過(guò)去的日供水量 0.25萬(wàn) t增加到現(xiàn)在的 1.00萬(wàn) t,而農(nóng)業(yè)灌溉的用水量比過(guò)去減少 36%。因此,隨著灌區(qū)需水結(jié)構(gòu)變化,原有的工程規(guī)劃設(shè)計(jì)已不能滿足社會(huì)發(fā)展需要。

(4)灌區(qū)綜合管理能力亟待提高。目前,灌區(qū)尚未形成統(tǒng)一、權(quán)威的供水體系,在管理上呈各部門條塊分割多龍管水局面。灌區(qū)管理沒(méi)有按水利部要求進(jìn)行改革,灌溉受益鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、組和供水支渠、直灌口未組建 “農(nóng)民用水者協(xié)會(huì)”。水資源計(jì)量和工農(nóng)業(yè)用水計(jì)收管理工作薄弱。灌區(qū)管理手段粗放原始。由于存在上述綜合管理能力問(wèn)題,影響了灌區(qū)水資源合理利用和調(diào)配。

3 工程規(guī)劃

3.1 規(guī)劃的指導(dǎo)思想及目標(biāo)

指導(dǎo)思想:以骨干水利工程即中型水庫(kù)干渠續(xù)建配套與節(jié)水改造為主,兼顧其他灌溉效益明顯的工程維修改造,以現(xiàn)有水源工程和灌區(qū)工程為基礎(chǔ),增建灌區(qū)下游水利設(shè)施,提高各區(qū)域間水資源聯(lián)合運(yùn)行水平。同時(shí),利用民營(yíng)資本對(duì)灌區(qū)內(nèi)小型水庫(kù)和塘堰進(jìn)行除險(xiǎn)加固,增強(qiáng)灌區(qū)內(nèi)蓄水、保水能力,形成一個(gè)水資源分配和利用更加合理,工程完善、效益顯著的新灌區(qū)。

目標(biāo):實(shí)現(xiàn)提高灌區(qū)渠道水利用系數(shù),由0.40增加到 0.65,實(shí)現(xiàn)改善灌溉面積 1.40萬(wàn)畝,恢復(fù)萎縮的灌溉面積 0.60萬(wàn)畝,實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)工業(yè)生產(chǎn)、居民生活日供水量由 1.00萬(wàn) t提高到 2.50萬(wàn)t的總體目標(biāo)。

3.2 工程規(guī)劃

3.2.1 霞家河水庫(kù)工程

(1)主干渠道工程。對(duì)霞家河水庫(kù)主干渠工程進(jìn)行續(xù)建配套,其中:防滲襯砌主干渠長(zhǎng)25.81km,整險(xiǎn)加固渡槽 3處,配套、整修水閘 20座,新建量水設(shè)施 3處,直灌口改造配套 83處,農(nóng)橋、人行橋改造配套 52座。

(2)主干渠以下渠系工程。為了保證整個(gè)灌溉系統(tǒng)相互聯(lián)結(jié)串通,上游、下游水資源聯(lián)合運(yùn)行,增加有效灌溉,擬在灌區(qū)下游新修干渠、支渠10條,長(zhǎng) 16.30km,同時(shí)配套興建 86處建筑物。

(3)農(nóng)村飲水安全工程。由于境內(nèi)的河水污染嚴(yán)重,灌區(qū)的廣水、武勝關(guān)、楊寨、李店 4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn) 18.60萬(wàn)人存在飲水安全問(wèn)題。為了改善貧困落后鄉(xiāng)鎮(zhèn)群眾飲水衛(wèi)生條件,實(shí)現(xiàn)農(nóng)村飲水安全的目標(biāo),計(jì)劃在霞家河干渠渠首處,興建集中供水工程2處,設(shè)計(jì)日供水量達(dá) 2.50萬(wàn) t,鋪設(shè)自來(lái)水管線2條,干管、支管線長(zhǎng) 80.6km,管網(wǎng)延伸到灌區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的各個(gè)村組。

3.2.2 小型水庫(kù)工程

對(duì)灌區(qū)內(nèi) 15座小型病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理,消除工程隱患,充分發(fā)揮蓄水灌溉效益,同時(shí),整修小型水庫(kù)灌溉渠道 61.30 km,保證小水庫(kù)與中型水庫(kù)水源之間聯(lián)通,實(shí)現(xiàn)聯(lián)合供水的目標(biāo)。

3.2.3 塘堰工程

為了充分?jǐn)r截地面徑流,計(jì)劃在武勝關(guān)、楊寨、李店 3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)開挖、整修當(dāng)家塘堰 1506口,增加蓄水 636萬(wàn) m3,實(shí)現(xiàn)自流灌溉、旱澇保收。

4 工程可行性研究

4.1 灌區(qū)水量供需平衡分析

4.1.1 灌區(qū)需水量分析

(1)農(nóng)業(yè)需水量分析。農(nóng)業(yè)灌溉需水量的計(jì)算,先采用彭曼法計(jì)算各種作物的灌溉制度和凈灌溉定額,然后計(jì)算逐旬的凈灌溉需水過(guò)程,分年累加得到逐年的農(nóng)業(yè)凈灌溉需水量,然后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)系列計(jì)算后,進(jìn)行排頻分析,求出設(shè)計(jì)頻率的農(nóng)業(yè)灌溉需水量。

(2)城鎮(zhèn)工業(yè)、生活需水量分析。城鎮(zhèn)生活需水量采用定額法,用水定額根據(jù) 《廣水水資源規(guī)劃報(bào)告》擬定的綜合用水定額采用 208L/(d?人);城鎮(zhèn)工業(yè)需水量采用定額法,經(jīng)過(guò)對(duì)不同的企業(yè)用水調(diào)查,并參照有關(guān)的規(guī)范和相關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn),綜合分析用水定額按萬(wàn)元產(chǎn)值需水量為 152m3來(lái)計(jì)算。

(3)農(nóng)村人畜飲水量分析。農(nóng)村人畜飲水采用定額法進(jìn)行計(jì)算,現(xiàn)狀農(nóng)村居民生活用水定額為60L/d,豬、牛為 30L/d,項(xiàng)目建成后農(nóng)村居民生活用水定額為 80L/d,豬、牛為 30L/d。

(4)灌區(qū)需水量分析。將農(nóng)業(yè)、工業(yè)、農(nóng)村人畜飲水的需水量按不同的設(shè)計(jì)水平年進(jìn)行疊加,計(jì)算出霞家河灌區(qū)不同水平年總需水量,詳見表1。

表 1 霞家河灌區(qū)不同水平年總需水量 單位:萬(wàn)m3

4.1.2 灌區(qū)可供水量分析

灌區(qū)可供水量主要來(lái)源于工程蓄水,包括一座中型水庫(kù)和灌區(qū)內(nèi)的小型水庫(kù)、河壩、塘堰等。

(1)中型水庫(kù)供水能力計(jì)算。霞家河水庫(kù)是一座以灌溉為主的多年調(diào)節(jié)中型水庫(kù),其供水能力按年實(shí)際供水量進(jìn)行排頻計(jì)算,從而定出不同水平年在不同保證率情況下本水庫(kù)的可供水量,采用長(zhǎng)系列調(diào)節(jié)計(jì)算方法,即利用 1968～1998年共 31年的水文、氣象、灌溉用水等資料歷年逐月進(jìn)行調(diào)算。

(2)小型水庫(kù)供水能力計(jì)算。灌區(qū)的 36座小(1)型、小 (2)型水庫(kù),按實(shí)際統(tǒng)計(jì)合并為“大”的小水庫(kù)。長(zhǎng)系列計(jì)算時(shí)第一年起調(diào)庫(kù)容為30%興利庫(kù)容加上相應(yīng)的死庫(kù)容,水庫(kù)年蒸發(fā)滲漏損失按總庫(kù)容的 10%計(jì)算。

(3)塘堰供水能力計(jì)算。全灌區(qū)塘堰 0.652萬(wàn)口,據(jù)典型調(diào)查平均每口塘堰來(lái)水面積0.015km2,灌溉面積 5～6畝,容積 2000m3,塘堰有效容積按 1400m3計(jì)算。各灌溉計(jì)算片的塘堰,先概化成一個(gè) “大塘”,根據(jù)塘堰的供水要求,逐月進(jìn)行水量平衡計(jì)算,求得供水及其供水過(guò)程,與灌溉保證率同頻率的塘堰凈供水量。

(4)提水工程供水能力計(jì)算。灌區(qū)共有大小泵站 20處,水源來(lái)自廣水河,在 50%水平年條件下,各灌溉泵站可以開機(jī)取水,當(dāng)干旱程度達(dá)到75%時(shí),河道內(nèi)的灌溉泵站可以發(fā)揮 50%的提水能力,其他泵站不能正常工作。

(5)灌區(qū)供水量分析。灌區(qū)供水量分析成果見表 2。

表 2 霞家河灌區(qū)不同水平年總供水量 單位:萬(wàn)m3

4.1.3 灌區(qū)水量供需平衡分析

灌區(qū)水量平衡計(jì)算,是以降雨徑流、灌區(qū)內(nèi)各種水利設(shè)施供水能力、灌溉用水量及水量調(diào)配方式為依據(jù)。通過(guò)計(jì)算確定灌區(qū)各種水利工程聯(lián)合運(yùn)用,對(duì)農(nóng)作物需水過(guò)程的滿足程度,即供水、需水、余水、缺水過(guò)程,進(jìn)而確定灌溉保證率,計(jì)算成果見表 3。

調(diào)節(jié)計(jì)算成果表明:灌區(qū)節(jié)水續(xù)建配套后,灌區(qū)在 75%水平年能滿足供水需求,灌區(qū)在 90%水平年不能滿足供水需求,缺水 297萬(wàn) m3。

4.2 霞家河總干渠過(guò)水能力分析

(1)設(shè)計(jì)流量復(fù)核。通過(guò)調(diào)查分析霞家河灌區(qū)與黑花飛灌區(qū) (廣水市大型灌區(qū))相似,因此灌區(qū)設(shè)計(jì)凈灌水模數(shù)采用黑花飛灌區(qū)設(shè)計(jì)灌水模數(shù)q凈=0.532m3/(s?萬(wàn)畝),灌溉水利用系數(shù) 0.65,經(jīng)計(jì)算得霞家河干渠設(shè)計(jì)流量為 5.80m3/s。

(2)干渠設(shè)計(jì)斷面及過(guò)水能力分析。灌區(qū)干渠均采用梯形斷面設(shè)計(jì),經(jīng)計(jì)算各段渠道實(shí)際過(guò)流能力均大于設(shè)計(jì)流量,滿足設(shè)計(jì)要求,成果見表4。

4.3 工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)及土壤流失防治

霞家河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程實(shí)施后,該工程防洪標(biāo)準(zhǔn)、灌水系數(shù)得到提高,可減輕洪災(zāi)造成的損失及對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。對(duì)保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,保護(hù)區(qū)社會(huì)穩(wěn)定,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有巨大的作用,該工程是利國(guó)利民的水利工程,也是重大改善環(huán)境工程。

表 3 霞家河灌區(qū)水量平衡匯總 單位:萬(wàn)m3

表 4 霞家河灌區(qū)干渠設(shè)計(jì)斷面及過(guò)水能力復(fù)核

工程的不利影響主要是施工對(duì)施工區(qū)水質(zhì)、環(huán)境空氣質(zhì)量、聲環(huán)境、土地資源的影響,無(wú)影響工程實(shí)施的制約因素。采取相應(yīng)的環(huán)保、水保措施,落實(shí)環(huán)保、水保專項(xiàng)經(jīng)費(fèi),環(huán)境、水土保護(hù)目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

4.4 工程費(fèi)用估算及效益分析

4.4.1 工程費(fèi)用估算

霞家河灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造工程總投資2994.86萬(wàn)元,其中:建筑工程費(fèi) 2210.84萬(wàn)元,機(jī)電設(shè)備及安裝工程費(fèi) 39.05萬(wàn)元,金屬結(jié)構(gòu)及安裝工程費(fèi) 104.85萬(wàn)元,施工臨時(shí)工程費(fèi) 106.76萬(wàn)元,基本預(yù)備費(fèi) 269.94萬(wàn)元,環(huán)保費(fèi) 13.65萬(wàn)元,水保費(fèi) 11.81萬(wàn)元。主要工程量:土石方明挖96913m3,土石方回填 15483m3,漿砌塊石42692m3,混凝土 12173m3,模板 20320m2。

4.4.2 項(xiàng)目效益及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

(1)項(xiàng)目效益。項(xiàng)目實(shí)施后,可恢復(fù)灌溉面積 0.6萬(wàn)畝,改善灌溉面積 1.4萬(wàn)畝,年增產(chǎn)稻谷288萬(wàn) kg,效益 432萬(wàn)元,增加工業(yè)產(chǎn)值 320萬(wàn)元,解決了 2.3萬(wàn)人農(nóng)村安全飲水問(wèn)題。同時(shí),項(xiàng)目建成后,提高了渠系水利用系數(shù),節(jié)約農(nóng)業(yè)灌水量,對(duì)廣水城區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)的和諧穩(wěn)定有很重要的意義,有明顯的社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。

(2)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。經(jīng)計(jì)算,主要國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)如下:經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率 9.82%;經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值760.8萬(wàn)元;經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比 1.25。該項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率大于社會(huì)折現(xiàn)率,經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值大于零,經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比大于 1.0,因此該項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是合理的。