水庫(kù)灌溉工程設(shè)計(jì)淺析論文
摘要：本文介紹了麻溝水庫(kù)基本水利計(jì)算和工程設(shè)計(jì)以及其所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，該工程的修建能解決灌區(qū)人畜飲水和農(nóng)業(yè)灌溉問(wèn)題，以供參考。
關(guān)鍵詞：水庫(kù)灌溉工程；設(shè)計(jì)；建設(shè)；效益分析
1工程背景
當(dāng)前水庫(kù)灌溉是一項(xiàng)有效供水和灌溉措施[1-5]。麻溝水庫(kù)灌溉工程位于遵義市匯川區(qū)泗渡鎮(zhèn)麻溝村，是遵義市北片區(qū)唯一較高的水源點(diǎn)，壩址距泗渡鎮(zhèn)境內(nèi)210國(guó)道約8.0km，距遵義市約37.0km，有鄉(xiāng)村公路從壩址通過(guò)，工程對(duì)外交通方便。麻溝水庫(kù)壩址以上流域面積57.0km2（其中明流14.2km2，伏流及凹地42.8km2），主河道長(zhǎng)16.2km，主河道平均比降26.2‰。壩址處多年平均流量1.09m3/s，多年平均徑流量3440萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)流域及灌區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，受東南海洋和孟加拉灣暖濕氣流的影響，降水量較充足，加上無(wú)霜期長(zhǎng)，光、熱、水同季，有利于作物的生長(zhǎng)。麻溝水庫(kù)灌溉工程的主要任務(wù)是灌溉。工程建設(shè)后將解決匯川區(qū)泗渡鎮(zhèn)、高坪鎮(zhèn)和董公寺鎮(zhèn)3924.5hm2（5.8868萬(wàn)畝）的農(nóng)田灌溉和灌區(qū)內(nèi)15000人、大牲畜3000頭和小牲畜12000頭的人畜飲水問(wèn)題。
2工程建設(shè)的必要性
在麻溝水庫(kù)灌區(qū)范圍內(nèi)，僅有雙仙和大廠溝兩座�。ㄒ唬┬退畮�(kù)：（1）大廠溝水庫(kù)在除險(xiǎn)后總庫(kù)容達(dá)140萬(wàn)m3,興利庫(kù)容104萬(wàn)m3，放水涵洞出口高程932.8m，設(shè)計(jì)灌溉面積3668畝，灌面高程在930.0m以下；（2）雙仙水庫(kù)經(jīng)除險(xiǎn)后總庫(kù)容139萬(wàn)m3，興利庫(kù)容117.4萬(wàn)m3，放水涵洞出口高程963.1m，設(shè)計(jì)灌溉面積5100畝，灌面高程在960.00m以下；兩水庫(kù)設(shè)計(jì)灌面共計(jì)8768畝，現(xiàn)在正在承擔(dān)起泗渡鎮(zhèn)片區(qū)的灌溉和人蓄飲用的重?fù)?dān)，但由于雙仙和大廠溝兩座�。ㄒ唬┬退畮�(kù)已修建多年（目前已被列為病險(xiǎn)庫(kù)），水庫(kù)的長(zhǎng)年淤積和運(yùn)行，已導(dǎo)致水庫(kù)取水保證率低，再加之水庫(kù)本身的高程比較低，能覆蓋的面積相對(duì)較小。由于水資源的缺乏，用水無(wú)法保障，阻礙了綠色產(chǎn)業(yè)和糧食產(chǎn)量的發(fā)展。為了更好的造福地方百姓，推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，必須盡快解決缺水的問(wèn)題。項(xiàng)目區(qū)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，水利化程度較低，灌溉用水問(wèn)題突出，急需修建較大的水利工程以解決項(xiàng)目區(qū)干旱缺水的現(xiàn)狀。
3工程水利計(jì)算
麻溝水庫(kù)灌溉工程的主要任務(wù)是灌溉。工程建設(shè)后將解決匯川區(qū)泗渡鎮(zhèn)、高坪鎮(zhèn)和董公寺鎮(zhèn)3924.5hm2（5.8868萬(wàn)畝）的農(nóng)田灌溉和灌區(qū)內(nèi)15000人、大牲畜3000頭和小牲畜12000頭的人畜飲水問(wèn)題�？紤]到社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和當(dāng)?shù)厮Y源條件以及供水對(duì)象的特點(diǎn)，灌溉保證率取P=80%、農(nóng)村人畜飲水供水保證率取P=95％、環(huán)境用水保證率取P=90%。
3.1正常水位的確定
根據(jù)本工程的實(shí)際，綜合工程建壩條件、工程投資和水庫(kù)水量計(jì)算等因素，為滿(mǎn)足河流規(guī)劃要求，在本工程可行性研究階段初步擬定1036m、1038m、1040m三個(gè)正常蓄水位方案進(jìn)行比選。從水量計(jì)算來(lái)看，麻溝水庫(kù)正常蓄水位從1036m增加到1038m時(shí)，興利庫(kù)容增加129萬(wàn)m3，可供水量增加170萬(wàn)m3，單方庫(kù)容增加1.32m3水；從1038m增加到1040m時(shí)，興利庫(kù)容增加150萬(wàn)m3，可供水量增加132萬(wàn)m3，單方庫(kù)容增加0.88m3水。雖然1036m正常蓄水位方案投資最省，比1038m正常蓄水位方案少632.92萬(wàn)元，但1036m正常蓄水位方案可供水量比1038m正常蓄水位方案少170萬(wàn)m3，沒(méi)有達(dá)到充分利用水資源。而正常蓄水位1040m方案工程總投資比正常蓄水位1038m方案多438.24萬(wàn)元。因此，綜合壩址地質(zhì)條件、工程投資和來(lái)水用水等因素，本階段推薦正常蓄水位為1038m，相應(yīng)庫(kù)容1040萬(wàn)m3。
3.2水利調(diào)節(jié)計(jì)算
灌溉需水量根據(jù)工程的灌溉面積、田土比例及作物組成，采用相應(yīng)作物相應(yīng)年份的灌溉定額進(jìn)行長(zhǎng)系列計(jì)算。麻溝水庫(kù)為不完全多年調(diào)節(jié)，其計(jì)算時(shí)段5月～8月為旬，其他月份為月。灌區(qū)內(nèi)渠系水利用系數(shù)取為0.70，田間水利用系數(shù)0.95，灌溉水利用系數(shù)0.665。經(jīng)計(jì)算，灌區(qū)多年平均灌溉用水量為1860萬(wàn)m3，P=80%，灌溉用水量為2130萬(wàn)m3。麻溝水庫(kù)在保證設(shè)計(jì)灌面灌溉前提下，還可以解決灌區(qū)范圍內(nèi)1.5萬(wàn)人、0.3萬(wàn)頭大牲畜和1.2萬(wàn)頭小牲畜的人畜飲用水問(wèn)題。根據(jù)有關(guān)規(guī)范，農(nóng)村人均用水定額采用0.075m3/d、大小牲畜用水定額采用0.050m3/d、0.030m3/d，設(shè)計(jì)擬采用渠道供水。經(jīng)計(jì)算，麻溝灌區(qū)農(nóng)村人畜用水量（毛）為89.7萬(wàn)m3/年。3.3渠道流量計(jì)算對(duì)麻溝水庫(kù)水稻、蔬菜歷年最大旬定額進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，P=80%，水稻、蔬菜、果林最大旬定額為分別為64.8m3/畝、10.1m3/畝和3.87m3/畝。根據(jù)其渠系布置及各渠道分布的灌面，自渠末逐渠道向渠首推算，計(jì)算得到各渠道設(shè)計(jì)流量成果，其中渠道輸水方案渠系水利用系數(shù)為0.70，干、支渠輸水損失分別為10.72‰～25‰。根據(jù)各干支渠的控制灌面及渠道長(zhǎng)度從支渠到干渠，再到總干渠逐條渠道計(jì)算灌溉設(shè)計(jì)流量，即得到總干渠首設(shè)計(jì)流量為3.84m3/s。由于灌區(qū)人畜飲水供水采用渠道供水，人畜飲水供水量按渠長(zhǎng)均分。
4工程總體布置及主要建筑物
4.1工程總體布置
本工程規(guī)模為中型，工程等別為III等。本工程壩線具有唯一性，從壩線地形地質(zhì)條件看，該壩線可建剛性壩，也可考慮當(dāng)?shù)夭牧先嵝詨�。麻溝水�?kù)灌溉工程樞紐總體布置為：鋼筋混凝土面板堆石主壩，鋼筋混凝土面板堆石副壩，主壩左岸邊溢洪道，左岸導(dǎo)流兼放空隧洞，左岸取水隧洞，南向灌區(qū)渠系建筑物，其中鋼筋混凝土面板堆石主壩最大壩高54.3m，鋼筋混凝土面板堆石副壩最大壩高18.8m，水庫(kù)正常蓄水位1038m，死水位1017m，正常蓄水位以下庫(kù)容1040萬(wàn)m3，最大庫(kù)容1160萬(wàn)m3，取水隧洞布置于大壩左岸，取用流量3.84m3/s，設(shè)一岸塔式進(jìn)水口，取水隧洞全長(zhǎng)808.44m，取水隧洞含有壓進(jìn)水口和無(wú)壓城門(mén)隧洞兩部分，取水隧洞尺寸為寬×高=2.0m×2.567m；灌區(qū)渠系及建筑物平面總長(zhǎng)度87.14km。
4.2主要樞紐建筑物
鋼筋混凝土面板堆石壩軸線選擇重力壩壩軸線下游20.0m處，計(jì)算得防浪墻頂高程1041.00m，取防浪墻高1.2m，故壩頂高程為1039.80m，壩軸線長(zhǎng)度為159.65m。大壩上、下游壩坡均為1∶1.4。擬定壩頂頂寬7.0m，凈寬為6.0m。河床段趾板建基面高程為985.50m，最大壩高54.30m。本工程防滲混凝土面板采用等厚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，厚度為0.45m；面板設(shè)垂直縫，在兩壩肩附近的面板設(shè)張性垂直縫，間距6m左右，其余部分的面板設(shè)壓性垂直縫，間距為8.0m。本方案趾板采用趾板面等高線垂直于“X”線布置形式，趾板厚0.5m，其寬度按巖石地基容許水力梯度確定，趾板寬度統(tǒng)一取為6.5m，河床及兩岸趾板每隔12m～15m設(shè)一條伸縮縫。溢流凈寬12m，堰頂高程1033.0m，分2孔，分別設(shè)6m×5m(寬×高)的平板鋼閘門(mén)，溢流堰為WES型實(shí)用堰，由上游面曲線、下游面曲線、泄槽段、圓弧段和底流消力池段組成，總長(zhǎng)225.041m（含消力池、護(hù)坦）。取水隧洞進(jìn)水口布置在離大壩左壩肩約300.0m處。灌區(qū)渠道設(shè)計(jì)考慮每隔10m設(shè)置伸縮縫，縫寬0.02m～0.03m，縫間采用適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形，粘結(jié)能力強(qiáng)，防滲性能良好的填料填實(shí)。總干渠總長(zhǎng)6.3km，渠首流量3.84m3/s，渠道斷面尺寸為寬×高=2.2m×2.70m。在總干渠末端分出北干渠和南干渠。北干渠總長(zhǎng)14.55km，渠首流量0.312m3/s，渠末流量0.128m3/s，渠道斷面尺寸為（寬×高=）0.85m×1.10m～0.65m×0.8m。龍午壩支渠平面總長(zhǎng)6.50km（含建筑物），渠首流量0.262m3/s，渠末流量0.252m3/s，其中，渠道總長(zhǎng)6.05km，渠道斷面尺寸為（寬×高=）0.8m×1.10m；倒虹管1座，總長(zhǎng)450m，管徑Φ450。從以往工程經(jīng)驗(yàn)可知，在同一流量，同一高程，同一地形地質(zhì)條件下，渡槽的造價(jià)約為倒虹管的2.5倍，渡槽的'造價(jià)較高，因此，從節(jié)約投資的角度出發(fā)，盡量少選用渡槽，但從節(jié)約水頭的角度出發(fā)，為了滿(mǎn)足末端控制灌面高程，在渠系的適宜位置選擇了渡槽輸水。麻溝灌區(qū)工程共有渡槽9座，總長(zhǎng)1187.40m，渡槽斷面尺寸為寬×高=1.90×2.56m～1.2m×1.20m。
5工程經(jīng)濟(jì)效益分析
工程總投資為58798萬(wàn)元。靜態(tài)投資為58798萬(wàn)元，其中：①工程部分投資33449.13萬(wàn)元；②環(huán)境移民投資25348.87萬(wàn)元；基本預(yù)備費(fèi)率為5％；不計(jì)算建設(shè)期貸款利息。經(jīng)計(jì)算，本工程經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率8.13%，大于8%；經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值748萬(wàn)元，大于0；效益費(fèi)用比1.01大于1；投資回收期13.7年。經(jīng)濟(jì)分析各主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均大于基本要求，經(jīng)濟(jì)分析可行。據(jù)調(diào)查，灌區(qū)農(nóng)民2010年人均可支配收入5135元/人，2011年～2014年按年平均增長(zhǎng)率5%計(jì)算，預(yù)測(cè)2014年平均可支配收入6241元/人，多年平均年灌溉用水量2130萬(wàn)m3，畝均用水362m3，初步確定按1.2%計(jì)算的可承受水價(jià)為2014年為0.20元/m3；人畜飲水水價(jià)按0.6%計(jì)算可承受水價(jià)，年平均每人、頭供水量為30m3，水價(jià)為1.23元/m3。表1所示為工程成本費(fèi)用表，工程年財(cái)務(wù)收入合計(jì)536萬(wàn)元，略大于年運(yùn)行成本支出520萬(wàn)元，灌區(qū)能夠維持正常運(yùn)行。從財(cái)務(wù)初步分析可知，項(xiàng)目收入能保證項(xiàng)目正常運(yùn)行，但項(xiàng)目建設(shè)資金需要政府大力扶持，項(xiàng)目具備基本生存能力，財(cái)務(wù)分析可行。
6結(jié)語(yǔ)
本工程的修建，可以解決項(xiàng)目區(qū)干旱缺水的現(xiàn)狀，克服實(shí)際工程的用水問(wèn)題。麻溝水庫(kù)灌溉工程技術(shù)上是可行的，同時(shí)它的經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。筆者認(rèn)為通過(guò)合理的工程樞紐布置，包括水庫(kù)大壩和渠道，來(lái)解決缺水灌溉問(wèn)題是一個(gè)較為可行的方法。水庫(kù)灌溉工程可以取得合理的經(jīng)濟(jì)效益。本工程可為類(lèi)似工程提供借鑒。
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