朔州市浑河灌区南干渠节水改造工程设计

郑秀丽

（朔州市水利勘测设计院，山西 朔州 036002）

1 灌区概况

浑河属海河流域永定河水系，桑干河的一级支流。浑河灌区位于浑河下游，灌区水源由浑河干流上的镇子梁水库调节供给。镇子梁水库总库容4 940万m3，是一座以灌溉为主兼顾防洪的中型水库，现有效库容1 755万m3，淤积库容3 185万m3。浑河灌区的气候属温带大陆性季风型气候，冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热而雨量集中，秋季风多雨少。区域内多年平均年降雨量为371 mm，降雨量年季变化较大。丰雨年达654 mm，少雨年仅为220.4 mm，且年内分配极不均匀，年内降雨主要集中在7～9月份，占全年降雨量的70%左右，多年平均蒸发量为1 913 mm。

2 工程现状与规模

2.1 地质地貌

浑河灌区节水改造工程，地处恒山支脉龙首山西侧的山前洪积倾斜平原和桑干河、浑河冲积平原，总的地形趋势为东高西低，海拔高程990～1 000 m之间。大部分工程均位于冲积粘土之上，该类地层土层厚，土质结构较密实，承载力相对较高，达100 kPa，基本可以满足闸基及渠系建筑物对场地的地质要求。

2.2 灌区现状

渠系建筑物多修建于50年代，设计标准低，大部分工程已老化破坏。由于部分土质含盐量高，排水不畅，灌排失当，次生盐渍化存在已久。据统计，自流灌溉平均用水量高达3 300 m3/hm2，其渠系损失系数达52%，田间损失系数达28%，而灌溉水综合利用系数为0.35。

2.3 工程任务和规模

灌区设计灌溉面积14 666.67 hm2，有效灌溉面积9 346.67 hm2；规划节水面积（按有效灌溉面积考虑）南干渠片节水改造规模2 506.67 hm2。根据灌区水土资源平衡结果，到设计水平年2015年，灌区用于灌溉的地表水资源量多年平均值为1 462.63万m3。本次节水面积范围内考虑干、斗渠全部防渗及渠系建筑物配套改建，使灌溉水利用系数由0.45提高到0.61，年可节水128.7万m3。

通过渠系节水工程建设，使灌区流域内有限的水资源得以充分利用，使渠系水的利用率尽可能的提高。从灌区所处的区域来看，浑河灌区位于海河流域永定河水系上游，灌区节水可缓解下游首都北京乃至周边区域的水荒，对整个永定河水系域有着较为积极的作用。

3 节水改造工程设计

3.1 工程等别及建筑物级别

工程等级。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》，确定该工程引水枢纽等别为Ⅲ等3级；根据《灌溉与排水工程设计规范》，确定南干渠及干渠建筑物工程级别为5级。

设计标准。根据《灌溉与排水工程设计规范》，确定灌溉保证率P为50%，干渠及渠道建筑物相应防洪标准P=10%。抗震设计标准7度。

3.2 工程布置

节水改造工程的主要项目，南干渠的渠道防渗，总长12.45 km。

根据原灌区布局，结合现行管理运行实际情况，确定工程布置原则：尽量维持原灌区布置格局，适当照顾群众长期以来形成的引水浇地习惯；要为发展高产、高效、优质农业，实现农业现代化创造条件；田面工程规划要水、田、林、路统一考虑，旱、涝、碱、渍综合治理，使田面工程达到田园化标准。

3.3 渠道设计

3.3.1 渠道流量、糙率及纵向比降的确定

灌溉渠道的设计流量，是指渠道在正常过水情况下的流量，与渠道所控制的灌溉面积、作物灌溉制度以及渠道的工作制度有关。本灌区干、支渠采用续灌，斗、农渠轮灌工作制度，依据灌区设计灌水率及灌溉面积，确定各级渠道设计流量。据前设计水平年P=50%灌水率，每万亩净灌水率q为0.28 m3/s，综合净灌溉定额为1 061.25 m3/hm2。南干渠设计灌溉面积A为4.47万亩，灌溉水利用率η水为61%。设计流量Q设计算公式：

计算得渠道设计流量，Q设=2.05 m3/s，依据根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288—99），取加大系数1.2，Q加=2.5 m3/s。

根据规范要求，结合类似工程经验，按南干渠的防渗形式选择渠道糙率，浆砌石形式取0.025，混凝土形式取0.017，浆砌石与混凝土混合形式以加权平均计算渠道糙率。渠道纵坡尽量维持原设计纵坡，局部作调整。

3.3.2 渠道防渗衬砌形式的选择

为减少渠道渗漏，充分利用水资源，防止渠道渗透破坏，本次节水改造对所改造的干、斗渠道进行全面防渗处理。根据不同断面形式、不同地质条件，采用不同的渠道衬砌结构形式的原则。依据浑河灌区气候、工程地质及水文地质条件，参考相邻灌区成功经验，选择干渠渠道防渗形式，尽可能采用经久耐用、适合当地气候条件、施工质量容易控制、抗冻胀性能较好的浆砌石或混凝土及两者混合的衬砌形式。

对于浆砌石方案，渠底宽考虑到渠道的现状并为减少土方工程量，采用经济实用型断面，取渠底宽4.0 m原土夯实，在护堤及原土夯实底部铺设防渗土工膜，上覆30 cm厚M7.5浆砌石或30 cm厚河卵石防冲层，渠堤两侧采用M7.5浆砌石护堤。

对于混凝土方案，全断面进行衬砌，采用15 cm厚C20浆砌预制混凝土板下铺防渗土工膜的防渗形式。

对于浆砌石与混凝土混合方案，渠堤两侧采用M7.5浆砌石护堤，渠道底部从上自下分别为15 cm厚C20现浇混凝土板、防渗土工膜、30 cm厚河卵石垫层（抗冻胀设置），其中土工膜与渠堤后的防渗膜相接。

经过计算比较，浆砌石全断面衬砌、浆砌石现浇混凝土混合衬砌两种形式直接费接近，并高于浆砌石护堤河卵石护底形式，及预制混凝土衬砌形式。但据已成工程经验，砌石衬砌形式抗冻胀性能较好，适宜在寒冷地区使用，又不存在失盗问题。同时考虑到浆砌石护底质量难以控制，及预制混凝土板斜坡施工难度大质量很难保证，加之板块极易被盗这一事实。因此，本次设计干渠防渗形式选择浆砌石现浇混凝土混合衬砌方案，即渠堤采用M7.5浆砌石、渠底采用现浇C20（F100）混凝土下衬河卵石。

3.3.3 渠道标准断面及防渗设计

南干渠横断面为梯形，渠道内边坡系数为1∶0.3。渠堤两侧采用M7.5浆砌石护堤，护堤顶宽30 cm，高100 cm（6+810以后90 cm），底宽85 cm（6+810以后80 cm）。渠道底部从上自下分别为15 cm厚现浇C20（F100）混凝土、一布一膜复合土工膜（0.2 mm/100 g）、下垫30 cm厚河卵石、原状土。护堤顶部采用C15现浇混凝土压顶，厚8 cm。渠道外边坡系数为1∶1.5。南干渠右渠堤顶宽5 m，作为行车巡渠路，左渠堤顶宽3 m，作为人行便道。渠道防渗根据浑河灌区气候、地质及水文地质条件及当地已成工程经验，在护堤背后及混凝土底部铺设防渗土工膜，土工膜采用一布一膜，膜厚0.2mm，土工布100g/m2，防渗布高度超加大水位10 cm，浆砌石与膜之间抹一层3 cm厚黄泥土过渡层，以免扎破土工膜。

4 结论

浑河灌区南干渠节水改造工程项目实施后，大幅度提高了灌溉水的有效利用率和水分生产率，并对维持项目区地下水补排平衡，加大河川径流发挥了重要作用，每年可向下游多输水128.7万m3，改善首都地区水资源环境，有利于水资源的可持续利用。此外，通过发展节水灌溉，可提高项目区灌溉保证率，有效改善当地农业生产条件，有助于项目区农业产业结构的调整，增加农民收入，社会效益显著。