定惠渠灌区高效节水方案探析

姜世东

（横山县定惠渠管理处 陕西 横山 719112）

1 概况

位于榆林市中南部无定河上中游的横山县定惠渠灌区始建于1943年，是陕北地区最大的自流灌区，为中型灌区。渠首位于横山县白界乡赵石窑村的无定河干流上，设计流量7.0m3/s，自流引灌横山、榆阳、米脂三县区无定河两岸的川台地，原设施灌溉面积4.5万亩，有效灌溉面积3.8万亩。灌区属中温带半干旱大陆性季风气候区，冬长夏短，日温差较大，春季多风沙，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%，年蒸发量2000mm～2500mm。多年平均相对湿度54%，无霜期163天，最大冻土深度129cm。

定惠渠渠首为有坝侧向引水，枢纽由拦河坝、引水隧洞组成。现有各种建筑物511座，主要包括：浆砌石溢流坝（96m），引水隧洞（311.3m），进水闸、冲砂闸以及倒虹、渡槽、排洪桥、排洪涵、涵洞、跌水、退水闸、分水闸、节制闸等。骨干渠道包括干渠和支渠（定三渠），总长56.9km，断面形式为矩形和梯形两种，衬砌渠道有浆砌石、混凝土和瓷板等多种形式。灌区运行70多年来，为当地的农业生产和农村经济的快速发展做出了积极贡献。

2 灌区工程存在问题

经过70多年的运行，定惠渠灌区设施老化严重，水资源浪费较大。虽然经历年多次维修，但每次维修都是“头疼医头、脚痛医脚的”零碎修补，使得灌区工程整体没有统一的技术标准，骨干工程老化失修，跑、冒、渗、漏现象严重，水量浪费较大，并存在诸多安全隐患。不仅不适应现代农业生产的要求，也不适应榆林市社会经济发展水平和建设社会主义新农村的要求。存在问题主要表现在以下几个方面：

2.1 灌区设施标准较低

定惠渠灌区建于上个世纪四十年代，受当时历史环境、技术水平和社会经济条件的限制，灌区设施在初建时，标准普遍较低。虽然经过几次改造，目前渠道衬砌达36km，但因资金所限，衬砌率仍为63.2%，渠系水有效利用系数仅为0.52。田间渠道大部分仍为土渠，且田间工程不配套，灌水方式粗放，群众基本上是大水漫灌，不仅造成水资源有效利用率低，灌水定额较高，而且还加重了群众用水负担。

2.2 灌区设施老化失修严重

经过多年运行，定惠渠灌区设施普遍老化失修严重。溢流坝溢流面局部破损，坝趾局部冲刷掏空；进水闸、冲沙闸闸墩受风化、水蚀、冻融作用，存在不同程度的破坏，基础冲刷掏空，闸室破损漏雨；引水隧洞洞顶岩石剥落、崩塌，引水能力降低，倒虹、渡槽裂缝、漏水、基础位移、变形严重。排洪、防洪标准和调蓄能力降低，不满足《防洪标准》的要求。干渠已超期服役，衬砌率不高，灌溉水的田间输配水损失、渗漏严重，影响灌区正常、安全运行和灌溉效益的有效发挥。

2.3 渠道冻胀现象严重

一入冬季，陕北部分地区气温达零下20多度，这对渠道工程极为不利。由于没有防冻胀措施，受气温影响，定惠渠灌区也有部分渠道受到冻损。干渠桩号0+917.3m～8+924m之间的渠段，由于地下水埋深浅，渠基排水条件差，土渠渠坡存在冻融滑塌，致使土渠输水断面破坏失形，过水能力降低。局部高边坡岩基渠段，基岩虽为非冻胀性土，但由于高边坡岩石裂隙水傍渗渠侧，寒冬结冰于高边坡岩石与渠槽边墙之间，导致渠槽边墙冻胀位移、倾斜破坏。另外，由于高边坡岩石风化、冻胀剥落进入渠道，常造成渠道淤堵。

2.4 水源含沙量大，渠道淤积严重

由于定惠渠灌区以多泥沙河流无定河为水源，渠道断面不规整，部分渠段比降不合理，造成渠道每次引水灌溉后，淤积严重，多处渠段正常运行期堤顶超高仅为10cm～20cm，存在漫顶隐患。

3 灌区节水改造的必要性

3.1 灌区发展的需要

定惠渠灌区属于差额事业单位，财政只拨付70%费用，剩下的30%需要灌区依靠水费收入来解决。因为灌区设施存在问题严重，渠道防洪和田间工程不配套问题日渐突出，使得灌区灌溉面积已由原来的4.5万亩逐渐萎缩至现在2.0万亩，不仅难以发挥应有的经济效益，而且存在诸多安全隐患，急需对灌区设施进行改造。

3.2 建设节水型社会的需要

榆林市农业用水量所占比重较大，2005年以前农业用水量占总用水量的80%以上，经过节水型社会建设，全市万元地区生产总值和工业增加取水量分别下降至31.9m3和10.4m3，居全省和全国首列。农业灌溉水利用系数提升到0.51，工业水重复利用率提高到72.3%。定惠渠灌区现状灌溉水利用系数平均是0.506，距榆林市建设节水型社会规划要求水平较远，急需对工程设施进行节水改造，挖掘农业节水潜力，以提高用水系数。

3.3 社会经济发展需要

定惠渠灌区的技术水平、管理措施和管理手段已不适应现代社会经济、技术发展和建设社会主义新农村的要求。通过灌区节水改造，可以提高灌区工程技术水平和管理水平，改善灌溉管理的现代化管理手段。另外，随着社会经济、技术水平发展，水资源承载力理应得到提高，节水技术的应用、实施是提高水资源承载力的技术支撑和工程手段。

4 工程改造方案

针对定惠渠灌区设施存在的严重问题，拟从以下几个方面对灌区设施进行改造，以提高水资源利用效率，扩大灌溉面积。

4.1 枢纽工程设计

4.1.1 溢流坝改造

定惠渠渠首溢流坝面为梯形断面，坝长96m，坝顶高程为934.60m，坝顶齿墙高30cm，正常引水高程934.90m，坝基高程为930.60m，最大坝高4.30m，底宽为7.85m，属于低堰。本次设计坝体上游垂直面采用40cm厚C25混凝土外包，溢流面采用C25钢筋砼外包，最大厚度为60cm，最小厚度50cm，加坝之前先清除风化砌石，用M7.5浆砌料石镶填，再打孔插入Φ16锚杆将加固混凝土内钢筋网与原坝面锚固在一起。坝趾处全部清除浆砌石，用C20素混凝土加固，宽度为100cm，最大高度为200cm。溢流坝下游目前无消能设施，考虑到河床基岩出露，本次改造增设护坦，长15m，采用50cm厚的C25钢筋砼浇筑，90cm厚的M7.5浆砌石垫底，同时在护坦的下游增设了消力坎，坎高0.9m，采用C25钢筋砼浇筑。

4.1.2 新建检修闸

渠首引水渠为1#隧洞，考虑到隧洞清淤及进水闸和冲沙闸闸门的检修方便，本次改造在0+000m处新建一座检修闸。考虑到闸室后直接接无压隧洞，设计检修闸为单孔，闸门规格为3.5m×3m，底板高程为933.20m，胸墙采用板梁式结构;闸墩采用C25混凝土，墩厚1.5m；闸室底板采用C25混凝土砌护，厚50cm；初步拟定检修闸平台高程为942.00m，建基高程932.10m，启闭机梁设计400mm×550mm。闸门采用铸铁闸门，型号pz3.5×3m，自重59kN。启闭机选用2×100kN双吊点手点两用螺杆式启闭机，型号LQ，选配电机Y132M-6，功率4kW，闸门止水采用前止水形式。

4.2 干渠工程设计

根据陕西省水利厅批复，节水改造渠段为0+917m～8+924m，共8.07km，设计流量调整为4.38m3/s，加大流量为5.26m3/s。

4.2.1 干渠横断面结构设计

桩号0+917m～8+924m渠段采用混凝土弧底梯形断面，衬砌厚10cm，弧底半径1.35m，弧心角108°，内边坡2.9∶1。为防止堤顶、高边坡以及渠坡上的雨水流入防渗层底部而破坏防渗层，设计在防渗层顶部设置浆砌石封顶。防止因气温变化和地基变形而破坏，需设置横向伸缩缝，间距5m，缝宽2cm，填缝材料采用PTN环保接缝材料，据规范和各级渠道的设计流量及交通要求，堤顶宽2m，设计流量4.38m3/s，水深1.52m，流速1.22m/s，按规范设计，安全超高采用△h=hb/4+0.2计算。

4.2.2 干渠纵断面设计

由于灌区为改造工程，除需更新、改造的建筑物外，干渠比降应根据各级渠道的设计流量、地形条件和灌溉要求的水位控制，按不冲不淤要求设计比降为1/2000；渠底高程自上而下推算；设计水位高程为渠底高程加设计水深；堤顶高程为设计水位加安全超高。

4.3 隧洞工程改造设计

2#隧洞位于桩号0+812m～0+917m，长度105m，因原隧洞未进行任何衬砌支护，洞身岩石不同程度松散剥落，设计M7.5浆砌石衬砌，断面仍采用城门洞形，底宽3.0m，岩石用浆砌石找平后，铺设10cm厚C25混凝土；侧墙高1.72m，厚0.75m，拱圈为120°，圆弧采用M7.5浆砌石衬砌，内经1.732m，矢高0.866m，拱顶厚度0.6m。为防止砌石风化，采用M7.5砂浆抹面，厚10mm。衬砌完成后在拱顶120°范围内采用水泥砂浆进行填缝灌浆。

5 结语

灌区设施是保障农业灌溉正常进行、灌区长久发挥效益的重要保障。鉴于定惠渠灌区存在老化失修、带病运行的问题，为恢复灌区正常功能，使其发挥应有的效益和作用，拟对灌区进行节水改造。针对枢纽工程、干渠断面破损、淤积、渠系建筑物设施等存在问题，提出维修加固溢流坝，1#、2#隧洞，干渠防渗衬砌，建筑物更换、加固，以确保改造后的灌区满足新形势需要。陕西水利