瑪納斯河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水工程改造效益評價(jià)研究

熊 英 黨光德 劉 兵

(1.新疆水利廳瑪納斯河管理處 新疆石河子 832000;2.新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)規(guī)劃研究院一分院新疆石河子 832000;3.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院 新疆石河子 832000)

1 引言

新疆瑪納斯河灌區(qū) (以下簡稱瑪河灌區(qū))是大型灌區(qū),灌區(qū)東西最寬約100km,南北最長約140km,灌區(qū)總?cè)丝?8.99萬人,灌溉面積316.3萬畝,年灌溉用水量16億m3。種植農(nóng)作物主要有小麥、玉米、棉花等,現(xiàn)已發(fā)展成為新疆重要的糧棉和工業(yè)基地,是北疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)之一?，敽恿饔蚩偼恋孛娣e1183.09萬畝,設(shè)計(jì)灌溉面積430.70萬畝,有效灌溉面積316.3萬畝[1]。2008年實(shí)際灌溉面積 408.04萬畝,畝均凈灌定額356m3/s,2008年灌區(qū)工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值264.85億元,其中工業(yè)總產(chǎn)值162.48億元,農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值102.37億元。

2 瑪納斯河灌區(qū)水利工程

瑪納斯河流域的開發(fā)工作從1950年起,特別是在1954年瑪納斯河流域規(guī)劃的基礎(chǔ)上,經(jīng)過50多年的艱苦奮斗,先后已建引、輸、蓄、配和發(fā)電等綜合利用水利工程。這些工程對促進(jìn)灌區(qū)的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和穩(wěn)定生態(tài)環(huán)境發(fā)揮了巨大的作用。

2.1 場外引水工程

瑪河已建成瑪納斯河紅山嘴引水樞紐、一級電站引水樞紐和二級電站引水樞紐工程。

紅山嘴引水樞紐建于1959年,是以灌溉為主結(jié)合發(fā)電的人工彎道式永久性引水建筑物,設(shè)計(jì)引水能力 105m3/s,年引水量 9億 m3,引水率為68%。該工程可以控制全灌區(qū)的灌溉面積,是瑪河流域灌溉工程的命脈。進(jìn)水閘后為總干渠,長1km,尾部為曲線沉砂池和第一分水閘,此處可將水分送東岸大渠、四五級電站引水渠和瑪河渡槽,是灌區(qū)按照管理章程分水的計(jì)量斷面。運(yùn)行中根據(jù)調(diào)度需要,東岸大渠的水可以直接進(jìn)入瑪納斯縣灌區(qū);可以送往躍進(jìn)水庫和新戶坪水庫;可以從瑪河渡槽、五級電站尾水渠處的過河涵洞調(diào)往西岸進(jìn)入石河子灌區(qū)和蘑菇湖水庫;還可以從三處退入河道,進(jìn)入夾河子水庫和大泉溝水庫,因此是全灌區(qū)的輸水大動脈,更是南部灌區(qū)不可缺少的供水工程。

一級電站引水樞紐,建于2007年,設(shè)計(jì)引水能力62m3/s,發(fā)電水投入二級電站引水渠。

二級電站引水樞紐,建于1979年,是以發(fā)電為主的人工彎道式引水樞紐。設(shè)計(jì)引水能力70m3/s,年引水量7億m3,引水率為60%,發(fā)電后在五級電站尾水處投入東岸大渠。該工程對灌溉的作用不大。

2.2 灌區(qū)蓄水工程

灌區(qū)內(nèi)有大中型水庫5座,多為二十世紀(jì)50、60年代修建,水庫地處泉水溢出帶下緣,攔蓄河水、泉水、井水及發(fā)電尾水。其中新戶坪水庫和躍進(jìn)水庫位于東岸;蘑菇湖水庫、大泉溝水庫位于西岸;夾河子水庫為攔河水庫,可以為東西兩岸調(diào)配水量[2,3]。平原水庫工程特性見表1。

表1 流域平原水庫情況統(tǒng)計(jì)表單位:108m3

2.2 灌區(qū)骨干輸水工程

多年來灌區(qū)已建骨干輸水渠394.39km,其中采用干砌卵石或混凝土防滲渠道長143.94km,占骨干輸水渠長度的36.50%,已建各類配套建筑物343座。詳見表2。

表2 瑪河灌區(qū)骨干輸水工程統(tǒng)計(jì)表

3 存在的問題

工程運(yùn)行四十余年已趨于老化,工程主要存在以下問題[4]。

(1)渠首上下游整治度嚴(yán)重淤積。上游喇叭口以上無導(dǎo)流堤,下游導(dǎo)流堤過短,未形成足夠的輸砂通道。輸砂能力受限,致使溯源淤積,更使沖砂廊道排砂明渠出口嚴(yán)重淤積,影響沖排砂和順利泄洪。據(jù)2000年資料顯示,“六月份渠首流態(tài),大河來水220m3/s時(shí)溢流堰就溢水(設(shè)計(jì)440m3/s),渠首上游新泄水閘進(jìn)水口出現(xiàn)嚴(yán)重淤積。水流從喇叭口以上下泄,從東彎道處分叉,沿東導(dǎo)流堤坡基地和溢流堰迎水坡坡基槽泄入下游入渠首閘前”。

(2)閘后沖砂能力不足。水流沖向河床使排砂明渠出口(在東河床)嚴(yán)重淤積,主流基本上沿西河槽下泄,只有兩處(中心墻斷裂口兩端)水流穿至東河槽。中心導(dǎo)流堤上流200m處水流向自然河床凹處,流向了西河床。

(3)干渠嚴(yán)重淤積。東岸大渠總干渠嚴(yán)重淤積1～1.5m,干砌石材料因冬季為4、5級梯級電站引入上流河床泉水,邊坡掛淤凍脹、鼓脹、龜裂,卵石松動,壩塌,水力因素不佳,測水?dāng)嗝嬉矘O不規(guī)則,影響測流精度,且每年需花一定的人力、物力進(jìn)行整修。

(4)排砂廊道破損嚴(yán)重。曲線沉砂池的排砂廊道,進(jìn)口鑄鐵門框磨蝕、殘缺、斷口,廊道底的U型鑄鐵底邊腳被磨損穿透,廊道出口被嚴(yán)重磨損、變形。每年高標(biāo)號砂漿填補(bǔ)修理仍無濟(jì)于事,工程安全難以保證,直接影響沖排砂。

(5)渡槽嚴(yán)重滲漏、防洪形勢嚴(yán)峻。20m3/秒流量過河大渡槽(60m)嚴(yán)重滲漏,拱座立柱鉿冰融、剝蝕、露筋,尤其是雙曲拱架的支座。1999年,1096m3/s洪水沖擊到拱腳以上,上流的漂浮物掛至拱腳,泄洪嚴(yán)重受阻,工程安全無保證,且一旦失事將影響到西岸幾十萬畝良田的供水。

4 工程實(shí)施后的效益評價(jià)

從1999-2008年的項(xiàng)目如下,先后實(shí)施了(1)瑪河紅山嘴渠首上、下游防砂整治工程;(2)引水總干渠改造工程;(3)總干渠曲線沉沙池改造工程;(4)過河渡槽改造工程;(5)頭浮渠首段防滲改造工程;(6)東岸大渠10+109.27km處節(jié)制退水閘改造工程;(7)沖砂水回收工程;(8)灌區(qū)防洪水(雨)情自動測報(bào)系統(tǒng)配套工程;(9)300畝節(jié)水灌溉示范工程;(10)瑪河過河涵洞進(jìn)水閘及連接明渠改造工程;(11)東岸大渠1+151.5+2+151.5段渠道改造工程;(12)頭浮渠7.82km渠道改造工程;(13)新戶坪水庫輸水干渠改建;(14)瑪納斯河灌區(qū)第一總分水閘改建工程;(15)頭浮干渠2.3km渠道及建筑物改造工程;(16)東干渠15+096m處節(jié)制、分水、退水閘改造。

瑪納斯河灌區(qū)節(jié)水改造工程的實(shí)施,使主要控制性工程得到了改造。投入試運(yùn)行后,工程在灌區(qū)灌溉、渠首、渠道排砂、防洪抗旱及灌溉效益方面發(fā)揮了重要的作用,效益顯著。

(1)工程老損率降低通過對瑪河骨干工程的改建,大部分工程老化破損的情況得到了很好地改善,瑪河骨干工程引蓄水能力普遍加強(qiáng),通過對東岸大渠改造工程,大部分解決了渠道老化、襯砌磨損、凍脹破壞情況,恢復(fù)了渠道的設(shè)計(jì)過水能力。通過對紅山嘴渠首上、下游整治工程改建,改變了在整治段過中、小洪水時(shí)主流搖擺現(xiàn)象,減少了閘前泥砂淤積,保證渠首安全運(yùn)行。

(2)渠系利用系數(shù)顯著提高 通過過河渡槽、頭浮干渠的改造后,極大的提高了渠道的輸水能力,使水資源得到了合理的利用,提高了水的利用率。渡槽渠的渠系利用率由原先的0.80提高到現(xiàn)在的0.93,頭浮干渠的渠系水利用系數(shù)也由原先的0.50,提高到目前的0.93。

(3)供水保證率顯著提高 通過紅山嘴渠首上、下游防砂整治工程改造后,渠首泄洪閘閘后淤積減少,使引水排砂時(shí)間縮短?？偢汕c曲線沉砂池改造后可進(jìn)行良性配合運(yùn)用,基本解決了泥砂淤積的問題,從而增加了干渠引水水量。通過渠道改造,渡槽渠由原先9m3/s的過水能力提高到20m3/s,東岸大渠十公里以上的過水能力從 85m3/s提高到了105m3/s,提高了供水保證率。

頭浮渠的改造提高了向沙灣縣供水的保證率,每年可多引水4000萬方左右,極大的緩解了老沙灣灌區(qū)的缺水問題,也極大的緩解了兵地之間的用水矛盾。

(4)灌溉面積增加 通過工程改造,使干渠的引水能力大大加強(qiáng),減少輸水的滲漏損失,年節(jié)水約水量3000萬m3,按現(xiàn)有灌區(qū)灌溉定額 410m3計(jì)算,可以增加灌溉面積7.3萬畝[5]。(5)防洪減災(zāi)能力增強(qiáng)十公里分水閘退水能力由原來的不足20m3/s恢復(fù)到設(shè)計(jì)值40m3/s,解決了突發(fā)事件及紅山嘴電廠調(diào)峰引起的超引水量的退水通道問題,保證了干渠引水安全。

800MH無線通訊集群系統(tǒng)建立,改善了瑪河的通訊條件。瑪納斯河防洪供水水情自動化測報(bào)系統(tǒng)的使用,達(dá)到了對渠道流量的自動監(jiān)測和預(yù)警功能?，敽恿饔蛩Y源優(yōu)化配置系統(tǒng)利用GIS(地理信息系統(tǒng))系統(tǒng)集成技術(shù),建立一個(gè)較完善的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng),為流域水資源優(yōu)化配置及管理提供有效的手段。這些先進(jìn)技術(shù)的使用,在瑪河流域防洪供水工作中發(fā)揮了較大的作用。

5 結(jié)語

瑪河灌區(qū)的水利工程,為自治區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和北坡經(jīng)濟(jì)帶繁榮作出了巨大貢獻(xiàn),續(xù)建配套及節(jié)水改造后的水利工程,有力地鞏固了瑪河灌區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施,提高了防洪、抗旱能力,提高了渠首防洪能力、引水效率及測水精度,改善了渠首上下游沖排、輸砂的效果,保證了渠首工程的安全。

1 周吉軍,張敏.瑪納斯河灌區(qū)渠道防滲改造的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)[J].節(jié)水灌溉,2006(02).

2 王先甲.瑪納斯河灌區(qū)分水配水管理信息系統(tǒng)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006(04).

3 李俊峰.瑪納斯河流域濕地平原水庫群對流域生態(tài)環(huán)境作用的研究[J].水土保持研究.電力學(xué)報(bào),2006(02).

4 王玫麗.淺析新疆瑪納斯河流域水資源問題及其節(jié)水配套改造工程的社會效益[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2008(15).

5 李剛發(fā).淺議新疆瑪納斯縣灌區(qū)節(jié)水改造及糧食增產(chǎn)潛力問題[J].中國西部科技,2008(06).