霞家河灌区续建配套与节水改造工程规划与研究

阙钢生

(湖北省广水市水利勘察设计院 湖北广水 432700)

1 工程概况

霞家河灌区位于湖北省广水市东部,国土面积315.2km2,涉及 3个乡镇,总人口 21.5万人,耕地面积 1130hm2,设计灌溉面积 5.2万亩。工程1958年开始建设,1960年 12月建成。灌区是以一座中型水库 (霞家河水库)为主要水源,利用灌区内小型水库、塘堰作调节,通过干渠相互沟通形成的长藤结瓜式灌溉系统。

霞家河水库是一座多年调节中型水库,承雨面积 37km2,总库容 0.3448亿 m3,兴利库容 0.2125亿 m3,死库容 0.0056亿 m3。水库枢纽工程由大坝、输水隧洞、溢洪道、城镇供水管、灌溉渠道等配套工程组成。灌溉渠道分为四级:干渠、支渠、斗渠、农渠。斗渠以上渠道全长 454.10km,其中:总干渠1条,长 25.81km;分干渠 3条,长 43.2km;支渠 7条,长 38.2km;斗渠以上建筑物 460处。

灌区内有小型水库 36座,塘堰 0.652万口,承雨面积 129.3km2,总库容 2763.5万 m3,兴利库容 1893.2万 m3,死库容 870.3万 m3。

2 存在主要问题

(1)灌区工程布局不合理。灌区蓄水工程上游多下游少、配套建筑物主干渠多其他渠系少,与区域内经济发展和生产力布局呈逆向分布,水资源供需矛盾十分突出,有以下特点:灌区上游水资源丰富,但人口和耕地面积较少,需水量仅占全灌区21%,灌区下游水资源贫乏,人口和耕地面积却较多,需水量占全灌区 79%,同时,由于灌区渠系工程不配套,导致灌区上游、下游不能有效沟通连接,区内水资源之间联合调度困难,严重影响工程效益的发挥。据 2008年调查统计,灌区有效灌溉面积日益减少,灌溉面积由原来的 5.2万亩减少到现在的 4.6万亩,缩减面积占总灌溉面积的11.5%。

(2)现有的工程老化失修严重:①渠道淤塞、冲刷严重。全灌区现有渠道淤积平均深度 22cm,总干渠上最大淤积深度达 1.2m,经测算,整个灌区淤塞量已 10.3万 m3;被冲刷的渠道长度累计有63.2km,冲刷最大深度达 0.8m;渠道渗漏量大,渠道衬砌率不足 1%;深挖方土渠、台渠段渠岸崩塌多,现有滑坡、崩塌地段 21处。②水工建筑物老损失修。根据对灌区总干渠及 7条支渠的调查统计,所建各类建筑物 460处,有 406处为病险建筑物,占总数的 88.2%,其中:有 213处建筑物带病运行,占总数的 45.4%,有 105处建筑物及设备损坏失效,占总数的 22.3%。

(3)灌区需水结构发生根本变化。十一届三中全会以后,随着灌区乡镇工业生产规模不断扩大,小城镇和新农村的发展,以及农业种植结构的调整,工业、城乡生活用水量逐年在增加,农业灌溉用水量逐年在减少。如:灌区城镇工业、生活日供水量比 1990年以前增大 4倍,由过去的日供水量 0.25万 t增加到现在的 1.00万 t,而农业灌溉的用水量比过去减少 36%。因此,随着灌区需水结构变化,原有的工程规划设计已不能满足社会发展需要。

(4)灌区综合管理能力亟待提高。目前,灌区尚未形成统一、权威的供水体系,在管理上呈各部门条块分割多龙管水局面。灌区管理没有按水利部要求进行改革,灌溉受益乡镇、村、组和供水支渠、直灌口未组建 “农民用水者协会”。水资源计量和工农业用水计收管理工作薄弱。灌区管理手段粗放原始。由于存在上述综合管理能力问题,影响了灌区水资源合理利用和调配。

3 工程规划

3.1 规划的指导思想及目标

指导思想:以骨干水利工程即中型水库干渠续建配套与节水改造为主,兼顾其他灌溉效益明显的工程维修改造,以现有水源工程和灌区工程为基础,增建灌区下游水利设施,提高各区域间水资源联合运行水平。同时,利用民营资本对灌区内小型水库和塘堰进行除险加固,增强灌区内蓄水、保水能力,形成一个水资源分配和利用更加合理,工程完善、效益显著的新灌区。

目标:实现提高灌区渠道水利用系数,由0.40增加到 0.65,实现改善灌溉面积 1.40万亩,恢复萎缩的灌溉面积 0.60万亩,实现城乡工业生产、居民生活日供水量由 1.00万 t提高到 2.50万t的总体目标。

3.2 工程规划

3.2.1 霞家河水库工程

(1)主干渠道工程。对霞家河水库主干渠工程进行续建配套,其中:防渗衬砌主干渠长25.81km,整险加固渡槽 3处,配套、整修水闸 20座,新建量水设施 3处,直灌口改造配套 83处,农桥、人行桥改造配套 52座。

(2)主干渠以下渠系工程。为了保证整个灌溉系统相互联结串通,上游、下游水资源联合运行,增加有效灌溉,拟在灌区下游新修干渠、支渠10条,长 16.30km,同时配套兴建 86处建筑物。

(3)农村饮水安全工程。由于境内的河水污染严重,灌区的广水、武胜关、杨寨、李店 4个乡镇 18.60万人存在饮水安全问题。为了改善贫困落后乡镇群众饮水卫生条件,实现农村饮水安全的目标,计划在霞家河干渠渠首处,兴建集中供水工程2处,设计日供水量达 2.50万 t,铺设自来水管线2条,干管、支管线长 80.6km,管网延伸到灌区乡镇的各个村组。

3.2.2 小型水库工程

对灌区内 15座小型病险水库进行除险加固处理,消除工程隐患,充分发挥蓄水灌溉效益,同时,整修小型水库灌溉渠道 61.30 km,保证小水库与中型水库水源之间联通,实现联合供水的目标。

3.2.3 塘堰工程

为了充分拦截地面径流,计划在武胜关、杨寨、李店 3个乡镇开挖、整修当家塘堰 1506口,增加蓄水 636万 m3,实现自流灌溉、旱涝保收。

4 工程可行性研究

4.1 灌区水量供需平衡分析

4.1.1 灌区需水量分析

(1)农业需水量分析。农业灌溉需水量的计算,先采用彭曼法计算各种作物的灌溉制度和净灌溉定额,然后计算逐旬的净灌溉需水过程,分年累加得到逐年的农业净灌溉需水量,然后经过长系列计算后,进行排频分析,求出设计频率的农业灌溉需水量。

(2)城镇工业、生活需水量分析。城镇生活需水量采用定额法,用水定额根据 《广水水资源规划报告》拟定的综合用水定额采用 208L/(d◦人);城镇工业需水量采用定额法,经过对不同的企业用水调查,并参照有关的规范和相关工程的经验,综合分析用水定额按万元产值需水量为 152m3来计算。

(3)农村人畜饮水量分析。农村人畜饮水采用定额法进行计算,现状农村居民生活用水定额为60L/d,猪、牛为 30L/d,项目建成后农村居民生活用水定额为 80L/d,猪、牛为 30L/d。

(4)灌区需水量分析。将农业、工业、农村人畜饮水的需水量按不同的设计水平年进行叠加,计算出霞家河灌区不同水平年总需水量,详见表1。

表 1 霞家河灌区不同水平年总需水量 单位:万m3

4.1.2 灌区可供水量分析

灌区可供水量主要来源于工程蓄水,包括一座中型水库和灌区内的小型水库、河坝、塘堰等。

(1)中型水库供水能力计算。霞家河水库是一座以灌溉为主的多年调节中型水库,其供水能力按年实际供水量进行排频计算,从而定出不同水平年在不同保证率情况下本水库的可供水量,采用长系列调节计算方法,即利用 1968～1998年共 31年的水文、气象、灌溉用水等资料历年逐月进行调算。

(2)小型水库供水能力计算。灌区的 36座小(1)型、小 (2)型水库,按实际统计合并为“大”的小水库。长系列计算时第一年起调库容为30%兴利库容加上相应的死库容,水库年蒸发渗漏损失按总库容的 10%计算。

(3)塘堰供水能力计算。全灌区塘堰 0.652万口,据典型调查平均每口塘堰来水面积0.015km2,灌溉面积 5～6亩,容积 2000m3,塘堰有效容积按 1400m3计算。各灌溉计算片的塘堰,先概化成一个 “大塘”,根据塘堰的供水要求,逐月进行水量平衡计算,求得供水及其供水过程,与灌溉保证率同频率的塘堰净供水量。

(4)提水工程供水能力计算。灌区共有大小泵站 20处,水源来自广水河,在 50%水平年条件下,各灌溉泵站可以开机取水,当干旱程度达到75%时,河道内的灌溉泵站可以发挥 50%的提水能力,其他泵站不能正常工作。

(5)灌区供水量分析。灌区供水量分析成果见表 2。

表 2 霞家河灌区不同水平年总供水量 单位:万m3

4.1.3 灌区水量供需平衡分析

灌区水量平衡计算,是以降雨径流、灌区内各种水利设施供水能力、灌溉用水量及水量调配方式为依据。通过计算确定灌区各种水利工程联合运用,对农作物需水过程的满足程度,即供水、需水、余水、缺水过程,进而确定灌溉保证率,计算成果见表 3。

调节计算成果表明:灌区节水续建配套后,灌区在 75%水平年能满足供水需求,灌区在 90%水平年不能满足供水需求,缺水 297万 m3。

4.2 霞家河总干渠过水能力分析

(1)设计流量复核。通过调查分析霞家河灌区与黑花飞灌区 (广水市大型灌区)相似,因此灌区设计净灌水模数采用黑花飞灌区设计灌水模数q净=0.532m3/(s◦万亩),灌溉水利用系数 0.65,经计算得霞家河干渠设计流量为 5.80m3/s。

(2)干渠设计断面及过水能力分析。灌区干渠均采用梯形断面设计,经计算各段渠道实际过流能力均大于设计流量,满足设计要求,成果见表4。

4.3 工程环境影响评价及土壤流失防治

霞家河灌区续建配套与节水改造工程实施后,该工程防洪标准、灌水系数得到提高,可减轻洪灾造成的损失及对生态环境的破坏。对保护人民生命财产安全,保护区社会稳定,促进经济发展等方面具有巨大的作用,该工程是利国利民的水利工程,也是重大改善环境工程。

表 3 霞家河灌区水量平衡汇总 单位:万m3

表 4 霞家河灌区干渠设计断面及过水能力复核

工程的不利影响主要是施工对施工区水质、环境空气质量、声环境、土地资源的影响,无影响工程实施的制约因素。采取相应的环保、水保措施,落实环保、水保专项经费,环境、水土保护目标可以实现。

4.4 工程费用估算及效益分析

4.4.1 工程费用估算

霞家河灌区续建配套节水改造工程总投资2994.86万元,其中:建筑工程费 2210.84万元,机电设备及安装工程费 39.05万元,金属结构及安装工程费 104.85万元,施工临时工程费 106.76万元,基本预备费 269.94万元,环保费 13.65万元,水保费 11.81万元。主要工程量:土石方明挖96913m3,土石方回填 15483m3,浆砌块石42692m3,混凝土 12173m3,模板 20320m2。

4.4.2 项目效益及经济评价

(1)项目效益。项目实施后,可恢复灌溉面积 0.6万亩,改善灌溉面积 1.4万亩,年增产稻谷288万 kg,效益 432万元,增加工业产值 320万元,解决了 2.3万人农村安全饮水问题。同时,项目建成后,提高了渠系水利用系数,节约农业灌水量,对广水城区工农业生产和社会的和谐稳定有很重要的意义,有明显的社会效益和生态环境效益。

(2)经济评价。经计算,主要国民经济评价指标如下:经济内部收益率 9.82%;经济净现值760.8万元;经济效益费用比 1.25。该项目经济内部收益率大于社会折现率,经济净现值大于零,经济效益费用比大于 1.0,因此该项目在经济上是合理的。