定惠渠灌區高效節水方案探析

姜世東

（橫山縣定惠渠管理處 陜西 橫山 719112）

1 概況

位于榆林市中南部無定河上中游的橫山縣定惠渠灌區始建于1943年，是陜北地區最大的自流灌區，為中型灌區。渠首位于橫山縣白界鄉趙石窯村的無定河干流上，設計流量7.0m3/s，自流引灌橫山、榆陽、米脂三縣區無定河兩岸的川臺地，原設施灌溉面積4.5萬畝，有效灌溉面積3.8萬畝。灌區屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候區，冬長夏短，日溫差較大，春季多風沙，多年平均降雨量400mm，其中7月～9月降水量占全年降水量的74.3%，年蒸發量2000mm～2500mm。多年平均相對濕度54%，無霜期163天，最大凍土深度129cm。

定惠渠渠首為有壩側向引水，樞紐由攔河壩、引水隧洞組成。現有各種建筑物511座，主要包括：漿砌石溢流壩（96m），引水隧洞（311.3m），進水閘、沖砂閘以及倒虹、渡槽、排洪橋、排洪涵、涵洞、跌水、退水閘、分水閘、節制閘等。骨干渠道包括干渠和支渠（定三渠），總長56.9km，斷面形式為矩形和梯形兩種，襯砌渠道有漿砌石、混凝土和瓷板等多種形式。灌區運行70多年來，為當地的農業生產和農村經濟的快速發展做出了積極貢獻。

2 灌區工程存在問題

經過70多年的運行，定惠渠灌區設施老化嚴重，水資源浪費較大。雖然經歷年多次維修，但每次維修都是“頭疼醫頭、腳痛醫腳的”零碎修補，使得灌區工程整體沒有統一的技術標準，骨干工程老化失修，跑、冒、滲、漏現象嚴重，水量浪費較大，并存在諸多安全隱患。不僅不適應現代農業生產的要求，也不適應榆林市社會經濟發展水平和建設社會主義新農村的要求。存在問題主要表現在以下幾個方面：

2.1 灌區設施標準較低

定惠渠灌區建于上個世紀四十年代，受當時歷史環境、技術水平和社會經濟條件的限制，灌區設施在初建時，標準普遍較低。雖然經過幾次改造，目前渠道襯砌達36km，但因資金所限，襯砌率仍為63.2%，渠系水有效利用系數僅為0.52。田間渠道大部分仍為土渠，且田間工程不配套，灌水方式粗放，群眾基本上是大水漫灌，不僅造成水資源有效利用率低，灌水定額較高，而且還加重了群眾用水負擔。

2.2 灌區設施老化失修嚴重

經過多年運行，定惠渠灌區設施普遍老化失修嚴重。溢流壩溢流面局部破損，壩趾局部沖刷掏空；進水閘、沖沙閘閘墩受風化、水蝕、凍融作用，存在不同程度的破壞，基礎沖刷掏空，閘室破損漏雨；引水隧洞洞頂巖石剝落、崩塌，引水能力降低，倒虹、渡槽裂縫、漏水、基礎位移、變形嚴重。排洪、防洪標準和調蓄能力降低，不滿足《防洪標準》的要求。干渠已超期服役，襯砌率不高，灌溉水的田間輸配水損失、滲漏嚴重，影響灌區正常、安全運行和灌溉效益的有效發揮。

2.3 渠道凍脹現象嚴重

一入冬季，陜北部分地區氣溫達零下20多度，這對渠道工程極為不利。由于沒有防凍脹措施，受氣溫影響，定惠渠灌區也有部分渠道受到凍損。干渠樁號0+917.3m～8+924m之間的渠段，由于地下水埋深淺，渠基排水條件差，土渠渠坡存在凍融滑塌，致使土渠輸水斷面破壞失形，過水能力降低。局部高邊坡巖基渠段，基巖雖為非凍脹性土，但由于高邊坡巖石裂隙水傍滲渠側，寒冬結冰于高邊坡巖石與渠槽邊墻之間，導致渠槽邊墻凍脹位移、傾斜破壞。另外，由于高邊坡巖石風化、凍脹剝落進入渠道，常造成渠道淤堵。

2.4 水源含沙量大，渠道淤積嚴重

由于定惠渠灌區以多泥沙河流無定河為水源，渠道斷面不規整，部分渠段比降不合理，造成渠道每次引水灌溉后，淤積嚴重，多處渠段正常運行期堤頂超高僅為10cm～20cm，存在漫頂隱患。

3 灌區節水改造的必要性

3.1 灌區發展的需要

定惠渠灌區屬于差額事業單位，財政只撥付70%費用，剩下的30%需要灌區依靠水費收入來解決。因為灌區設施存在問題嚴重，渠道防洪和田間工程不配套問題日漸突出，使得灌區灌溉面積已由原來的4.5萬畝逐漸萎縮至現在2.0萬畝，不僅難以發揮應有的經濟效益，而且存在諸多安全隱患，急需對灌區設施進行改造。

3.2 建設節水型社會的需要

榆林市農業用水量所占比重較大，2005年以前農業用水量占總用水量的80%以上，經過節水型社會建設，全市萬元地區生產總值和工業增加取水量分別下降至31.9m3和10.4m3，居全省和全國首列。農業灌溉水利用系數提升到0.51，工業水重復利用率提高到72.3%。定惠渠灌區現狀灌溉水利用系數平均是0.506，距榆林市建設節水型社會規劃要求水平較遠，急需對工程設施進行節水改造，挖掘農業節水潛力，以提高用水系數。

3.3 社會經濟發展需要

定惠渠灌區的技術水平、管理措施和管理手段已不適應現代社會經濟、技術發展和建設社會主義新農村的要求。通過灌區節水改造，可以提高灌區工程技術水平和管理水平，改善灌溉管理的現代化管理手段。另外，隨著社會經濟、技術水平發展，水資源承載力理應得到提高，節水技術的應用、實施是提高水資源承載力的技術支撐和工程手段。

4 工程改造方案

針對定惠渠灌區設施存在的嚴重問題，擬從以下幾個方面對灌區設施進行改造，以提高水資源利用效率，擴大灌溉面積。

4.1 樞紐工程設計

4.1.1 溢流壩改造

定惠渠渠首溢流壩面為梯形斷面，壩長96m，壩頂高程為934.60m，壩頂齒墻高30cm，正常引水高程934.90m，壩基高程為930.60m，最大壩高4.30m，底寬為7.85m，屬于低堰。本次設計壩體上游垂直面采用40cm厚C25混凝土外包，溢流面采用C25鋼筋砼外包，最大厚度為60cm，最小厚度50cm，加壩之前先清除風化砌石，用M7.5漿砌料石鑲填，再打孔插入Φ16錨桿將加固混凝土內鋼筋網與原壩面錨固在一起。壩趾處全部清除漿砌石，用C20素混凝土加固，寬度為100cm，最大高度為200cm。溢流壩下游目前無消能設施，考慮到河床基巖出露，本次改造增設護坦，長15m，采用50cm厚的C25鋼筋砼澆筑，90cm厚的M7.5漿砌石墊底，同時在護坦的下游增設了消力坎，坎高0.9m，采用C25鋼筋砼澆筑。

4.1.2 新建檢修閘

渠首引水渠為1#隧洞，考慮到隧洞清淤及進水閘和沖沙閘閘門的檢修方便，本次改造在0+000m處新建一座檢修閘。考慮到閘室后直接接無壓隧洞，設計檢修閘為單孔，閘門規格為3.5m×3m，底板高程為933.20m，胸墻采用板梁式結構;閘墩采用C25混凝土，墩厚1.5m；閘室底板采用C25混凝土砌護，厚50cm；初步擬定檢修閘平臺高程為942.00m，建基高程932.10m，啟閉機梁設計400mm×550mm。閘門采用鑄鐵閘門，型號pz3.5×3m，自重59kN。啟閉機選用2×100kN雙吊點手點兩用螺桿式啟閉機，型號LQ，選配電機Y132M-6，功率4kW，閘門止水采用前止水形式。

4.2 干渠工程設計

根據陜西省水利廳批復，節水改造渠段為0+917m～8+924m，共8.07km，設計流量調整為4.38m3/s，加大流量為5.26m3/s。

4.2.1 干渠橫斷面結構設計

樁號0+917m～8+924m渠段采用混凝土弧底梯形斷面，襯砌厚10cm，弧底半徑1.35m，弧心角108°，內邊坡2.9∶1。為防止堤頂、高邊坡以及渠坡上的雨水流入防滲層底部而破壞防滲層，設計在防滲層頂部設置漿砌石封頂。防止因氣溫變化和地基變形而破壞，需設置橫向伸縮縫，間距5m，縫寬2cm，填縫材料采用PTN環保接縫材料，據規范和各級渠道的設計流量及交通要求，堤頂寬2m，設計流量4.38m3/s，水深1.52m，流速1.22m/s，按規范設計，安全超高采用△h=hb/4+0.2計算。

4.2.2 干渠縱斷面設計

由于灌區為改造工程，除需更新、改造的建筑物外，干渠比降應根據各級渠道的設計流量、地形條件和灌溉要求的水位控制，按不沖不淤要求設計比降為1/2000；渠底高程自上而下推算；設計水位高程為渠底高程加設計水深；堤頂高程為設計水位加安全超高。

4.3 隧洞工程改造設計

2#隧洞位于樁號0+812m～0+917m，長度105m，因原隧洞未進行任何襯砌支護，洞身巖石不同程度松散剝落，設計M7.5漿砌石襯砌，斷面仍采用城門洞形，底寬3.0m，巖石用漿砌石找平后，鋪設10cm厚C25混凝土；側墻高1.72m，厚0.75m，拱圈為120°，圓弧采用M7.5漿砌石襯砌，內經1.732m，矢高0.866m，拱頂厚度0.6m。為防止砌石風化，采用M7.5砂漿抹面，厚10mm。襯砌完成后在拱頂120°范圍內采用水泥砂漿進行填縫灌漿。

5 結語

灌區設施是保障農業灌溉正常進行、灌區長久發揮效益的重要保障。鑒于定惠渠灌區存在老化失修、帶病運行的問題，為恢復灌區正常功能，使其發揮應有的效益和作用，擬對灌區進行節水改造。針對樞紐工程、干渠斷面破損、淤積、渠系建筑物設施等存在問題，提出維修加固溢流壩，1#、2#隧洞，干渠防滲襯砌，建筑物更換、加固，以確保改造后的灌區滿足新形勢需要。陜西水利