汾河灌区高效节水示范项目设计方案

蔡金丽

（太原市水利勘测设计院，山西 太原 030002）

1 灌区运行现状

汾河灌区是山西省最大的灌区，设计灌溉面积9.97万hm2，约占全省总灌溉面积的1/10。新中国成立以来，汾河灌区供水量逐渐增加，灌溉面积不断扩大，骨干渠系及其建筑物工程配套率持续提高，田间工程建设逐步完善，灌区管理水平不断提升，汾河灌区逐步成为一个具有完善的水资源调控水库工程、多点沿河取水口枢纽、较为完善的干支渠骨干系统和田间灌溉系统的现代灌区。随着灌区经济社会的发展和水资源供需矛盾的加剧，汾河灌区已发展成为以引用地面水为主、地下水为辅，引用库水、洪水和太原市、晋中市城市中水综合性水源的灌区。

近年来，国家大中型灌区续建配套项目的实施给汾河灌区注入了巨大活力。骨干渠系输水、配水能力及效率大幅度提高，尤其对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。但由于灌区是在引洪灌溉的基础上发展起来的，加之地区微地形起伏较大、田间工程投入不足，目前的状况与灌溉水的高效利用、国家粮食安全的要求极不适应。主要表现在：部分农渠间距过大、导致灌水畦过长，灌水过程中深层渗漏损失大、使田间水利用率大幅降低；斗、农渠基本没有配套控制性固定建筑物，灌溉过程中随处开口，农渠破坏严重；斗、农渠几乎全部为土渠，加之地面坡度缓，常年杂草丛生，输水能力低下；地面不平整，逆坡壅水灌溉土地占有一定比例；灌水畦田尺寸远大于国家标准；斗、农渠的渠林路配套水平很低；斗、农渠量水设施基本缺失。

针对上述问题，2011年山西省水利厅下达了《关于开展农田灌溉渠系配套工程建设规划的通知》，旨在贯彻落实中央一号文件精神，大兴农田水利建设，促进节约用水，恢复和扩大全省灌溉面积。2011年下拨经费进行汾河灌区高效节水和水源基础设施建设。

2 实施目标

本次灌区高效节水示范项目根据灌区现状及特点，一类选取集中连片的重点项目区，进行末级渠系与量水设施建设，并对其进行标准化田面工程建设；一类选取改造收益明显项目区，进行斗农渠恢复工程。通过一定的工程措施，达到以下目标：灌溉水有效利用系数达0.65；建设高产高效农田面积300hm2；改善灌溉面积0.32万hm2。

3 工程技术方案

本次高效节水和水源基础设施建设工程，根据灌区实际情况，选取了5个片区、两大类型进行改造。一类为田面标准化工程片区，包括汾西柳杜片区和汾东孟封片区；另一类为斗农渠恢复工程，包括汾东东一支7，8，9斗，汾东东干12斗，三坝西八支斗农片区。

柳杜、孟封片区基础较好，本次除对其进行斗、农渠渠道防渗外，对渠系建筑物进行更新改造，根据园田标准化要求进行田面工程建设，完善畦块划分、毛渠布设、田间消耗补给过程的跟踪监测、生产道路及林带建设等。其余3个片区主要进行斗、农渠的恢复工程建设，对渠道进行防渗改造，渠系建筑物更新改造，改善灌溉条件，满足灌溉需要。

4 工程设计

4.1 灌溉排水网及田间建筑物布置

4.1.1 灌溉排水网布置

汾河灌区现有四级固定灌排渠道，干、支两级系统基本健全，斗、农两级配套情况较差，因此本次设计针对不同灌区的渠系现状，配套部分斗农渠及农退水沟。田面工程配套后，南北向（主要种植方向）种植的地块为干、支、斗、农、毛、输水沟六级体系，东西向种植地块为干、支、斗、农、毛五级体系。

灌区末一级固定渠道为农渠，间距150～160m，基本符合园田化建设要求，但由于农渠较长，远超过园田化标准，因此本次设计在基本维持已有农渠布局的基础上，加布毛渠构成园田化建设基本单元。根据各灌区典型片区田间农渠道路实际布置情况，将园田化基本单位面积控制在7.0～26.7hm2之间。由于区内作物种植以南北向为主，灌水方向取南北向，因此一般地块除配套毛渠外，尚需配套排水沟。排水沟间距由灌水畦长控制。根据不同地块土壤特性，田面工程配套后，库水灌溉时，畦长 70～110m，畦宽 2～3m；引洪灌溉时，可将3～4畦合并为一畦，畦宽6～12m，畦长不变。因此考虑畦埂不采用统一规格，库水灌溉时每3～4畦筑一大埂，以满足引洪灌溉的需求。

4.1.2 田间建筑物布置

本次田面工程配套改造新增设的主要田间建筑物为农口及农桥。经调查，现有田间灌溉网有效水利用系数低的主要原因是农渠放水口没有控制性建筑物，灌溉时，农渠当毛渠使用，流量无法控制。本次设计考虑了毛渠从农渠引水的建筑物，在农渠开口处设闸槽，采用方便的活插板闸门来控制。为适应地块划小、土地耕作长度划短的要求，在毛渠引水口处布置跨越农渠的农桥，桥宽5.0m，桥板采用C25预制混凝土板，厚0.1m，桥墩均采用现浇C20素混凝土结构。

4.2 田间道路林网布置

汾河灌区属老灌区，田间生产路网框架基本形成，林网配套已具备基本框架，但距园田化建设的标准尚有一定差距。本次田间工程设计以园田化建设标准进行道路、林网布置。田间道路、林网布置服从固定渠沟布置。田间路宽4.0m，与斗渠平行；生产路宽2m，与农渠平行。田间林网沿田间路和生产路两侧种植，形成网状林带。

4.3 监测设施

量水槽：为更好地促进灌区节水，提高灌区管理水平，设计在斗渠进口、农渠进口安装量水设施，本工程选用定型巴歇尔量水槽。

标准化渠道：为方便用水户现场计量，在标准渠道的渠壁上安设水尺，测量渠道过水深度，由明渠均匀流公式计算过流量，把数据绘制成图表提供给用水户，现场计量方便实用。

水分测量仪：为便于田间灌水后的水分消耗过程、地下水变化幅度、消耗补给过程的跟踪监测，做好在农业生产周期内的预测预报，配备了水分测量仪TDR和中子仪，在田间埋设探测铝管8处。

4.4 渠道防渗及新型防渗材料——泥土固化剂

田间工程的斗、农渠防渗采用预制混凝土U型板衬砌断面，优点过流能力强、抗冻性能好、施工简便，占用农田少。在高效节水第二类渠道恢复工程中的三坝西八支斗农渠防渗衬砌设计上，梯形断面的渠底均采用新科技技术成果——泥土固化剂。泥土固化剂是采用一种特制的土壤固化剂与渠道内原状土搅拌，铺设于渠底一定时间后凝结成类似于混凝土的结构。

结合灌区实际情况，在灌溉渠道中应用泥土固化剂时，主要考虑强度指标、渗透性、抗冻胀性、抗冲、耐久性、施工难易程度及工程造价。

通过取样、制作试块并进行强度、渗透性、冻融循环等一系列试验证明，标准试块强度可达到混凝土的设计指标 C7.5～C15；其透水性为 2.62×10-5cm/s，防渗性能满足要求；其抗冻胀性能不满足F100设计要求，试块表面起皮，但试块整体未破坏（后经研究人员改变，已攻克了这一技术难关）。泥土固化剂在浙江海宁围垦工程的实践证明，经受了海潮、台风等强水流冲蚀，仍然完好，说明其抗冲、耐久性满足本工程要求。

使用泥土固化剂施工简便、造价较低。固化剂运到现场后直接在渠道内与现状渠底土搅拌，然后铺设于渠底就可以完成整个施工过程。其施工省时、省地、省力，技术水平要求较低，方便施工人员掌握和操作。相对于传统的混凝土板、砌石施工都要简便，其施工成本仅为混凝土板、砌石工程的2/3，可节省工程投资。

使用泥土固化剂后，经过工程运行实践，收到了良好的效果，可作为今后灌区渠道防渗改造工程的新材料和新技术。

5 结论与建议

高效节水技术的推广与应用将为灌区节约用水、节能减排起到极大的促进作用，保障了农业生产的稳定发展。

本工程的实施及后续运行观测将为今后的项目积累经验，通过对汾河灌区特定水文地质条件下大定额灌溉的有效性、缓坡平原灌区末级固定渠道管道化可行性和泥土固化剂应用效果等主要问题的针对性研究，将为汾河灌区制定合理灌溉定额、泥土固化剂在渠道防渗中的可行性研究提供一定的技术支撑。