西坑灌區(qū)節(jié)水改造渠道工程技術(shù)要點分析

梁小龍

(江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

西坑灌區(qū)于1963年建成投入運行，距今已運行了50余年，位于恩平市潭江一級支流蓮塘水上游的牛江鎮(zhèn)，灌溉水源為西坑水庫，灌溉范圍涉及君堂鎮(zhèn)、圣堂鎮(zhèn)、良西鎮(zhèn)、沙湖鎮(zhèn)、牛江鎮(zhèn)，以及76個行政村。灌區(qū)多屬丘陵地區(qū)，地形由北向南傾斜，灌區(qū)內(nèi)耕地面積0.43萬hm2，設(shè)計灌溉面積0.43萬hm2，現(xiàn)狀有效灌溉面積 0.33萬hm2；有5條灌溉渠道，總長31.52 km，渠系建筑物277座。由于資金匱乏，灌區(qū)渠道并未進(jìn)行過技術(shù)改造，致使灌區(qū)內(nèi)渠道破損、塌坡、滲漏嚴(yán)重，造成水資源浪費。灌溉供水設(shè)施的破損，使得灌溉率無法達(dá)到灌溉設(shè)計面積，導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)能低，為解決這一問題，必須對西坑灌區(qū)渠道進(jìn)行節(jié)水改造[1]。

2 渠道工程改造

根據(jù)上文灌區(qū)所存在的問題，提出了具體改造措施。

2.1 渠道設(shè)計流量

西坑灌區(qū)渠道輸水工作方式采取續(xù)灌，各渠道設(shè)計流量由其控制的灌溉面積乘以相應(yīng)的凈灌水率，再除以灌溉水有效利用系數(shù)求得。最小流量由其控制的灌溉面積乘以最小凈灌水率，再除以灌溉水有效利用系數(shù)求得。其計算如式(1)～式(2)：

(1)

(2)

式中：Q支為支渠IDE設(shè)計流量，m3/s；Q干渠為干斗IDE設(shè)計流量，m3/s；W支為支渠灌溉面積，萬hm2；W干渠為干斗的灌溉面積，萬hm2；η為灌溉水利用系數(shù)；q為凈灌溉率，(m3/s)/萬hm2。

2.2 各干渠流量規(guī)模確定

干渠渠道設(shè)計流量按照各支渠流量自下而上，即由渠尾往各自的渠首疊加，并除以干渠有效利用系數(shù)得出，如式(3):

(3)

式中：Q干為干渠的設(shè)計流量，m3/s；Ai干為干渠斷面處支渠設(shè)計流量，m3/s；∑Ai+1為推算斷面以下各支渠的設(shè)計流量之和，m3/s。

選定流量根據(jù)現(xiàn)狀渠道運行情況，不小于干渠推算流量分段確定。根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288—2018)，加大流量系數(shù)均按照25%進(jìn)行選取，由此可計算出，總干渠渠首設(shè)計流量為 6.60 m3/s，加大流量為8.25 m3/s；南干渠渠首設(shè)計流量為2.10 m3/s，加大流量為2.63 m3/s。

通過各渠段的現(xiàn)狀及流量情況來看，在保持渠道原來設(shè)計縱坡的基礎(chǔ)上，結(jié)合渠道當(dāng)前的情況測出縱斷面以及橫斷面，做到少挖少填；此外，對渠道進(jìn)行清淤，邊坡進(jìn)行修整，各段渠道設(shè)計成果如表1所示。

表1 總干渠、南干渠渠道設(shè)計要素

2.3 渠道加固方案

由于本工程渠線比較長，地形復(fù)雜，為此，不同渠道需要根據(jù)當(dāng)前的現(xiàn)狀選擇不同的襯砌方案，常用的渠道襯砌方案為混凝土護(hù)坡、重力式擋墻、C20混凝土矮墻+斜坡三種方案[2]。

2.3.1 混凝土護(hù)坡

護(hù)坡采用C20混凝土，100 mm厚，邊坡1∶1.5，護(hù)坡頂設(shè)封頂板，300 mm寬，護(hù)坡腳設(shè)齒墻，尺寸300 mm×300 mm。護(hù)底采用 C20 混凝土，100 mm 厚，底下設(shè)石粉墊層100 mm 厚。護(hù)坡頂以上渠道邊坡采用草皮護(hù)坡，渠頂設(shè)石渣路 面100 mm 厚，路寬2.5 m，兩側(cè)設(shè) C20 混凝土路緣石，尺寸為120 mm×300 mm。

2.3.2 重力式擋墻

擋墻采用C20混凝土，墻高1.5 m，頂寬 400 mm，邊坡坡比1∶0.35，背坡垂直。護(hù)底采用C20混凝土，100 mm厚，底下設(shè)石粉墊層100 mm 厚。擋墻頂以上渠道邊坡采用草皮護(hù)坡，渠頂設(shè)石渣路面100 mm厚，路寬2.5 m，兩側(cè)設(shè)C20混凝土路緣石，尺寸120 mm×300 mm。

2.3.3 C20混凝土矮墻+斜坡

擋墻采用C20混凝土，墻高0.7 m，頂寬 400 mm，背坡垂直，邊坡坡比1∶0.35。護(hù)底采用C20混凝土，100 mm厚，底下設(shè)石粉墊層100 mm 厚。擋墻頂以上渠道邊坡坡比為1∶1.5，采用草皮護(hù)坡。

2.3.4 方案對比選擇

(1)方案一：混凝土護(hù)坡。C20混凝土護(hù)坡100 mm厚，每3m設(shè)一道20 mm伸縮縫，護(hù)坡上設(shè)排水孔，邊坡1∶1；適用填方渠段。該方案造價400元/m，價格是所有方案中最低的一個。

(2)方案二：重力式擋墻。C20混凝土重力式擋墻，墻高1.5 m，墻頂寬度0.4 m，背坡垂直。邊坡坡比1∶0.35，適用受地形影響不能放坡的，該方案造價1300元/m，價格比較高。

(3)方案三：C20混凝土矮墻+斜坡。C20混凝土矮墻+斜坡，坡腳設(shè)置矮墻，墻高0.7 m，墻頂寬度0.4 m，背坡垂直，邊坡坡比1∶0.35，墻頂按1∶1.5放坡，適用靠山渠段，防沖護(hù)腳，該方案造價700元/m，價格相對較低。

通過以上幾個方案的對比，總干渠、南干渠根據(jù)各渠段的實際現(xiàn)狀選擇安全、造價低、耐用、便于管理的襯砌加固方案，對不同渠段的兩岸采用以上襯砌方案進(jìn)行加固。

2.4 水閘改造

各種水閘組成部分大致相同，主要由進(jìn)口段、閘室段、出口消能段組成，按《水閘設(shè)計規(guī)范》(SL 265—2016)進(jìn)行水力計算和閘室穩(wěn)定驗算。

本次改造渠段共有水閘8座，其中，擬拆除重建6座，加固1座，不處理1座。本工程屬于現(xiàn)有灌區(qū)技術(shù)改造，因各閘原始設(shè)計資料遺失，無法進(jìn)行水閘現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定等驗算工作，只能通過現(xiàn)場檢查結(jié)合運用情況分析問題，提出處理措施。經(jīng)過現(xiàn)場檢查，水閘結(jié)構(gòu)形式有漿砌石結(jié)構(gòu)，也有混凝土結(jié)構(gòu)，大部分比較殘破，漏水現(xiàn)象非常嚴(yán)重，閘頂僅限行人通行。水閘閘門破損、啟閉設(shè)備無法使用，現(xiàn)狀無啟閉室，管理困難。為此，根據(jù)各水閘現(xiàn)狀情況及存在問題，分別確定其改造措施。對于拆除重建的水閘，其重建規(guī)模尺寸利用以上計算理論進(jìn)行計算，結(jié)合水閘現(xiàn)狀，分別確定其設(shè)計要素。為了便于管理，水閘均采用成套鑄鐵閘門。需要拆除重建的水閘基本原址重建。各類水閘現(xiàn)狀及設(shè)計情況見表2。

表2 總干渠、南干渠水閘設(shè)計情況

3 渠系水利用系數(shù)

灌區(qū)全部改造工程實施后，所有干渠渠道襯砌率達(dá)100%。灌區(qū)支渠、斗渠、農(nóng)渠襯砌率基本達(dá)90%。干渠、支渠、斗渠均采用續(xù)灌方式。

根據(jù)西坑灌區(qū)實際情況，本次灌區(qū)配套改造工程渠道水利用系數(shù)取值：干渠渠道水利用系數(shù)取0.900，支渠渠道渠系水利用系數(shù)取0.730，斗渠至田間的灌溉水利用系數(shù)為0.855，整個灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)為0.620。西坑灌區(qū)在進(jìn)行改造之前，其農(nóng)田灌溉水利系數(shù)只有0.524，灌區(qū)渠道改造工程實施后，渠系水利用系數(shù)由0.524提高到0.657，增幅達(dá)25.4%，基本達(dá)到節(jié)水改造要求，所有干渠渠道襯砌率也達(dá)到100%，灌區(qū)支渠、斗渠、農(nóng)渠襯砌率基本達(dá)90%，基本滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的用水需要[3]。

4 總 結(jié)

西坑灌區(qū)的渠道工程在經(jīng)過節(jié)水改造后，其灌區(qū)水利用系數(shù)不小于0.650，改善灌溉面積0.33 萬hm2，逐步恢復(fù)灌溉面積0.10萬hm2，這不僅能解決灌區(qū)下游灌溉用水緊張、供需水矛盾突出的問題，還能有效減少渠道滲漏、水資源浪費的問題。與此同時，通過對渠道的節(jié)水改造，可進(jìn)一步提高農(nóng)作物的產(chǎn)能，提升西坑灌區(qū)灌溉質(zhì)量，為農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展打好基礎(chǔ)。