汾河灌區(qū)高效節(jié)水示范項目設(shè)計方案

蔡金麗

（太原市水利勘測設(shè)計院，山西 太原 030002）

1 灌區(qū)運行現(xiàn)狀

汾河灌區(qū)是山西省最大的灌區(qū)，設(shè)計灌溉面積9.97萬hm2，約占全省總灌溉面積的1/10。新中國成立以來，汾河灌區(qū)供水量逐漸增加，灌溉面積不斷擴大，骨干渠系及其建筑物工程配套率持續(xù)提高，田間工程建設(shè)逐步完善，灌區(qū)管理水平不斷提升，汾河灌區(qū)逐步成為一個具有完善的水資源調(diào)控水庫工程、多點沿河取水口樞紐、較為完善的干支渠骨干系統(tǒng)和田間灌溉系統(tǒng)的現(xiàn)代灌區(qū)。隨著灌區(qū)經(jīng)濟社會的發(fā)展和水資源供需矛盾的加劇，汾河灌區(qū)已發(fā)展成為以引用地面水為主、地下水為輔，引用庫水、洪水和太原市、晉中市城市中水綜合性水源的灌區(qū)。

近年來，國家大中型灌區(qū)續(xù)建配套項目的實施給汾河灌區(qū)注入了巨大活力。骨干渠系輸水、配水能力及效率大幅度提高，尤其對主要控制性建筑物的改造、信息化管理水平的提升起到了重要作用。但由于灌區(qū)是在引洪灌溉的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，加之地區(qū)微地形起伏較大、田間工程投入不足，目前的狀況與灌溉水的高效利用、國家糧食安全的要求極不適應(yīng)。主要表現(xiàn)在：部分農(nóng)渠間距過大、導(dǎo)致灌水畦過長，灌水過程中深層滲漏損失大、使田間水利用率大幅降低；斗、農(nóng)渠基本沒有配套控制性固定建筑物，灌溉過程中隨處開口，農(nóng)渠破壞嚴(yán)重；斗、農(nóng)渠幾乎全部為土渠，加之地面坡度緩，常年雜草叢生，輸水能力低下；地面不平整，逆坡壅水灌溉土地占有一定比例；灌水畦田尺寸遠大于國家標(biāo)準(zhǔn)；斗、農(nóng)渠的渠林路配套水平很低；斗、農(nóng)渠量水設(shè)施基本缺失。

針對上述問題，2011年山西省水利廳下達了《關(guān)于開展農(nóng)田灌溉渠系配套工程建設(shè)規(guī)劃的通知》，旨在貫徹落實中央一號文件精神，大興農(nóng)田水利建設(shè)，促進節(jié)約用水，恢復(fù)和擴大全省灌溉面積。2011年下?lián)芙?jīng)費進行汾河灌區(qū)高效節(jié)水和水源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2 實施目標(biāo)

本次灌區(qū)高效節(jié)水示范項目根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)狀及特點，一類選取集中連片的重點項目區(qū)，進行末級渠系與量水設(shè)施建設(shè)，并對其進行標(biāo)準(zhǔn)化田面工程建設(shè)；一類選取改造收益明顯項目區(qū)，進行斗農(nóng)渠恢復(fù)工程。通過一定的工程措施，達到以下目標(biāo)：灌溉水有效利用系數(shù)達0.65；建設(shè)高產(chǎn)高效農(nóng)田面積300hm2；改善灌溉面積0.32萬hm2。

3 工程技術(shù)方案

本次高效節(jié)水和水源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，根據(jù)灌區(qū)實際情況，選取了5個片區(qū)、兩大類型進行改造。一類為田面標(biāo)準(zhǔn)化工程片區(qū)，包括汾西柳杜片區(qū)和汾東孟封片區(qū)；另一類為斗農(nóng)渠恢復(fù)工程，包括汾東東一支7，8，9斗，汾東東干12斗，三壩西八支斗農(nóng)片區(qū)。

柳杜、孟封片區(qū)基礎(chǔ)較好，本次除對其進行斗、農(nóng)渠渠道防滲外，對渠系建筑物進行更新改造，根據(jù)園田標(biāo)準(zhǔn)化要求進行田面工程建設(shè)，完善畦塊劃分、毛渠布設(shè)、田間消耗補給過程的跟蹤監(jiān)測、生產(chǎn)道路及林帶建設(shè)等。其余3個片區(qū)主要進行斗、農(nóng)渠的恢復(fù)工程建設(shè)，對渠道進行防滲改造，渠系建筑物更新改造，改善灌溉條件，滿足灌溉需要。

4 工程設(shè)計

4.1 灌溉排水網(wǎng)及田間建筑物布置

4.1.1 灌溉排水網(wǎng)布置

汾河灌區(qū)現(xiàn)有四級固定灌排渠道，干、支兩級系統(tǒng)基本健全，斗、農(nóng)兩級配套情況較差，因此本次設(shè)計針對不同灌區(qū)的渠系現(xiàn)狀，配套部分斗農(nóng)渠及農(nóng)退水溝。田面工程配套后，南北向（主要種植方向）種植的地塊為干、支、斗、農(nóng)、毛、輸水溝六級體系，東西向種植地塊為干、支、斗、農(nóng)、毛五級體系。

灌區(qū)末一級固定渠道為農(nóng)渠，間距150～160m，基本符合園田化建設(shè)要求，但由于農(nóng)渠較長，遠超過園田化標(biāo)準(zhǔn)，因此本次設(shè)計在基本維持已有農(nóng)渠布局的基礎(chǔ)上，加布毛渠構(gòu)成園田化建設(shè)基本單元。根據(jù)各灌區(qū)典型片區(qū)田間農(nóng)渠道路實際布置情況，將園田化基本單位面積控制在7.0～26.7hm2之間。由于區(qū)內(nèi)作物種植以南北向為主，灌水方向取南北向，因此一般地塊除配套毛渠外，尚需配套排水溝。排水溝間距由灌水畦長控制。根據(jù)不同地塊土壤特性，田面工程配套后，庫水灌溉時，畦長 70～110m，畦寬 2～3m；引洪灌溉時，可將3～4畦合并為一畦，畦寬6～12m，畦長不變。因此考慮畦埂不采用統(tǒng)一規(guī)格，庫水灌溉時每3～4畦筑一大埂，以滿足引洪灌溉的需求。

4.1.2 田間建筑物布置

本次田面工程配套改造新增設(shè)的主要田間建筑物為農(nóng)口及農(nóng)橋。經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)有田間灌溉網(wǎng)有效水利用系數(shù)低的主要原因是農(nóng)渠放水口沒有控制性建筑物，灌溉時，農(nóng)渠當(dāng)毛渠使用，流量無法控制。本次設(shè)計考慮了毛渠從農(nóng)渠引水的建筑物，在農(nóng)渠開口處設(shè)閘槽，采用方便的活插板閘門來控制。為適應(yīng)地塊劃小、土地耕作長度劃短的要求，在毛渠引水口處布置跨越農(nóng)渠的農(nóng)橋，橋?qū)?.0m，橋板采用C25預(yù)制混凝土板，厚0.1m，橋墩均采用現(xiàn)澆C20素混凝土結(jié)構(gòu)。

4.2 田間道路林網(wǎng)布置

汾河灌區(qū)屬老灌區(qū)，田間生產(chǎn)路網(wǎng)框架基本形成，林網(wǎng)配套已具備基本框架，但距園田化建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)尚有一定差距。本次田間工程設(shè)計以園田化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進行道路、林網(wǎng)布置。田間道路、林網(wǎng)布置服從固定渠溝布置。田間路寬4.0m，與斗渠平行；生產(chǎn)路寬2m，與農(nóng)渠平行。田間林網(wǎng)沿田間路和生產(chǎn)路兩側(cè)種植，形成網(wǎng)狀林帶。

4.3 監(jiān)測設(shè)施

量水槽：為更好地促進灌區(qū)節(jié)水，提高灌區(qū)管理水平，設(shè)計在斗渠進口、農(nóng)渠進口安裝量水設(shè)施，本工程選用定型巴歇爾量水槽。

標(biāo)準(zhǔn)化渠道：為方便用水戶現(xiàn)場計量，在標(biāo)準(zhǔn)渠道的渠壁上安設(shè)水尺，測量渠道過水深度，由明渠均勻流公式計算過流量，把數(shù)據(jù)繪制成圖表提供給用水戶，現(xiàn)場計量方便實用。

水分測量儀：為便于田間灌水后的水分消耗過程、地下水變化幅度、消耗補給過程的跟蹤監(jiān)測，做好在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)周期內(nèi)的預(yù)測預(yù)報，配備了水分測量儀TDR和中子儀，在田間埋設(shè)探測鋁管8處。

4.4 渠道防滲及新型防滲材料——泥土固化劑

田間工程的斗、農(nóng)渠防滲采用預(yù)制混凝土U型板襯砌斷面，優(yōu)點過流能力強、抗凍性能好、施工簡便，占用農(nóng)田少。在高效節(jié)水第二類渠道恢復(fù)工程中的三壩西八支斗農(nóng)渠防滲襯砌設(shè)計上，梯形斷面的渠底均采用新科技技術(shù)成果——泥土固化劑。泥土固化劑是采用一種特制的土壤固化劑與渠道內(nèi)原狀土攪拌，鋪設(shè)于渠底一定時間后凝結(jié)成類似于混凝土的結(jié)構(gòu)。

結(jié)合灌區(qū)實際情況，在灌溉渠道中應(yīng)用泥土固化劑時，主要考慮強度指標(biāo)、滲透性、抗凍脹性、抗沖、耐久性、施工難易程度及工程造價。

通過取樣、制作試塊并進行強度、滲透性、凍融循環(huán)等一系列試驗證明，標(biāo)準(zhǔn)試塊強度可達到混凝土的設(shè)計指標(biāo) C7.5～C15；其透水性為 2.62×10-5cm/s，防滲性能滿足要求；其抗凍脹性能不滿足F100設(shè)計要求，試塊表面起皮，但試塊整體未破壞（后經(jīng)研究人員改變，已攻克了這一技術(shù)難關(guān)）。泥土固化劑在浙江海寧圍墾工程的實踐證明，經(jīng)受了海潮、臺風(fēng)等強水流沖蝕，仍然完好，說明其抗沖、耐久性滿足本工程要求。

使用泥土固化劑施工簡便、造價較低。固化劑運到現(xiàn)場后直接在渠道內(nèi)與現(xiàn)狀渠底土攪拌，然后鋪設(shè)于渠底就可以完成整個施工過程。其施工省時、省地、省力，技術(shù)水平要求較低，方便施工人員掌握和操作。相對于傳統(tǒng)的混凝土板、砌石施工都要簡便，其施工成本僅為混凝土板、砌石工程的2/3，可節(jié)省工程投資。

使用泥土固化劑后，經(jīng)過工程運行實踐，收到了良好的效果，可作為今后灌區(qū)渠道防滲改造工程的新材料和新技術(shù)。

5 結(jié)論與建議

高效節(jié)水技術(shù)的推廣與應(yīng)用將為灌區(qū)節(jié)約用水、節(jié)能減排起到極大的促進作用，保障了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展。

本工程的實施及后續(xù)運行觀測將為今后的項目積累經(jīng)驗，通過對汾河灌區(qū)特定水文地質(zhì)條件下大定額灌溉的有效性、緩坡平原灌區(qū)末級固定渠道管道化可行性和泥土固化劑應(yīng)用效果等主要問題的針對性研究，將為汾河灌區(qū)制定合理灌溉定額、泥土固化劑在渠道防滲中的可行性研究提供一定的技術(shù)支撐。