灌区水利工程设计分析
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摘要：水利工程设计是水利工程建设的重要组成部分，起着规划工程建设的重要作用。合理的设计不仅能够决定水利工程的投资以及收益，也会影响到工程的安全运行。强化水利工程设计就是为了水利工程的可持续发展而进行的重要工作。在当今水利工程建设规模不断扩大的形式下，水利工程设计还要寻求突破和创新，为保证工程建设顺利和获得良好的经济和社会效益发挥应有的作用。文章结合道孚县尼措水利工程设计的真实案例，对工作的部署和实施进行相应的分析和论述。
关键词：水利工程；工程设计；重要性
道孚县位于四川省甘孜州东北部，地处青藏高原东南部。该县水利基础设施较差，几乎全为小型引水工程，灌溉渠系规模小，灌溉能力差，呈零星分布，多始建于50～70年代，灌溉面积为几亩、十几以几十亩居多。由于工程质量不高，加上管理不善，工程老化，渠道供水能力远远不能满足区域发展需求。近年来，党和政府对水利建设极为重视，投入了大量资金、人力和物力，对已有渠道进行了维修加固，但是在水利工程效益上收到的成效不是很令人满意。全县用于灌溉的水资源量占可利用水资源总量的比例不足0.1%，水量利用率与灌溉保证程度很低。由于道孚尼措水利工程位于县域内人口最为集中，耕地集中成片的地区，做好水利工程建设，不仅能带动道孚县鲜水河谷地区的经济发展，也可以辐射影响到整个康巴藏区。因此道孚县决定进行尼措水利工程的建设，希望通过本工程的兴建，保证灌区内的农牧民旱涝保收，解决道孚县城发展用水，提高道孚县农业的自给能力，减少内地长途运输，带动县境内各行业的迅速发展，促进人民安居乐业，对维护藏区的稳定有着积极的作用。
1工程环境分析
工程所在项目区为高原藏区，冬季气温低，寒冷，河流冰冻严重，冻土深，工程区地震烈度为Ⅷ度；工程区所在鲜水河流域地处青藏高原东缘的高山峡谷区，属川西高原气候区，主要受西风环流和印度洋西南季风的影响，具有高原型季风气候特征。冬季时间长、气温低、降水少、气候寒冷而干燥，夏季时间短促，雨日多，雨强小，气候凉爽。另外本流域还具有日照时间长，昼夜温差大，风速大，黄沙大等特点。根据工程区内道孚气象站历年气象观测资料统计，区域多年平均气温为8.0℃，极端最高气温32.0℃（1972年8月19日），极端最低气温-21.9℃（1965年1月7日）；年平均降水量618.0mm，平均日照为2378.3h，多年平均蒸发量为1612.3mm，多年平均无霜期为108d；最大一日降雨量为49.7mm（1980年9月22日），多年平均相对湿度59%，多年平均风速1.6m/s，历年最大风速22.0m/s，相应风向N。道孚县境内农耕地有灰褐土，山地棕壤，亚高山草旬土，潮土4个类型土壤，主要耕作土壤灰褐土分布在河谷地带。在高山宽谷地带，由高山原向高山峡谷过渡，河谷较开阔，两岸的冲积阶地和洪积扇，坡度较为平缓，耕地集中连片。而在高山峡谷地带，山高谷深，相对高差悬殊，坡面径流强度大，土壤侵蚀严重，冲刷后的土壤肥力下降，土质具粗骨性[1]。道孚县常见的自然灾害有干旱、霜冻、冰雹、寒潮、大雪、大风、洪水、泥石流及地震。鲜水河断裂带造成的地震灾害最为强烈，但干旱及寒冻灾害对境内社会经济发展影响最大。
2工程概况
2.1灌区引水工程，由取水枢纽和引水干渠组成结合工程水源情况、水库库容条件、灌区规模等，工程采用低坝无调节取水。工程灌溉水头取决于主要灌面高程，因此水库水位选择主要依据满足灌区引水要求，同时节约工程投资等原则进行。道孚灌片取水枢纽从左至右分别由左岸非溢流坝、底格栏栅坝及右岸非溢流坝组成，坝轴线总长54.00m；底格栏栅坝下游设消力护坦和海漫。溢流坝段长15.00m，取水底格栏栅位于河道主河槽上，取水坝段长9.00m、取水廊道净宽1.20m、溢流坝顶高程3307.30m、取水段坝顶高程3307.00m、坝基高程为3300.00m、齿槽底高程为3298.50m、坝高7.30m，大坝基础置于弱风化基岩上，坝后接消力护坦和干砌石海漫。约威灌片取水枢纽从左至右分别由左岸非溢流坝、底格栏栅坝及右岸非溢流坝组成，坝轴线总长43.50m；底格栏栅坝下游设消护坦和海漫。溢流坝段长19.00m，取水底格栏栅位于河道主河槽上，取水坝段长7.00m、取水廊道净宽1.20m、坝顶高程3208.70m、坝基高程为3202.50m、齿槽底高程为3201.00m、坝高6.50m，大坝基础置覆盖层上，坝后接护坦和干砌石海漫。2.2取水枢纽的组成工程灌区由两个灌片组成，分别设有两个取水枢纽，两段引水干渠。考虑尼措灌区灌面相对集中，且灌区控制条件单一，为了最大限度保证道孚县重要粮仓的灌溉用水。同时考虑到区内干旱情况，水利设施建设情况及本工程在区内的作用和本工程的不可替代性，充分利用本区水资源，尽量满足地方经济发展要求。设计灌溉面积3.42万亩，其中耕地灌溉面积2.73万亩，草地灌溉面积0.69万亩，在灌溉面积中，新增灌溉面积2.73万亩，改善灌溉面积0.69万亩。根据灌区确定的水源方案以及取水水位，考虑到鲜水河河谷两岸地形及灌区分布，选择由道孚干渠由默日杰曲（纽日河）子牙河段取水沿右岸沿山脚往道孚、格日引水，在鲜水河左岸阶地末端冲沟汇口下终止，灌溉面积18370亩。约威灌片干渠由约威沟3200m高程河段取水，沿约威沟而下，沿鲜水河向孔色乡及其下游亚拖、瓦依村供水，灌溉面积1.59万亩。分渠系灌面统计如表1所示。考虑规划采用畦灌50%、移动软管浇灌50%的节水灌溉方式，较传统灌溉可节水30%左右，加上农耕农艺等节水措施节水10%左右。结合本工程实施后，水利条件改善情况，本次确定缩短灌水周期，道孚尼措灌区多年平均灌溉定额为203m3/亩，P=70%典型、P=95%典型年年灌区内作物灌溉定额分别为为226m3/亩、246m3/亩。2.3冬季取水本工程为保证冬季河道冰冻时取水，在坝体上游侧在溢流坝顶1m以下，即冰层和冻土以下设置反滤及进水设施。渗透取水头部设在廓道的上游侧，廊道下部，为垂直于廊道的取水通道，在此通道设铁水窗。水窗向上游方依次为碎石层、砾石层、透水土工布袋装砂呈松软砂袋叠放在取水通道前面，封严通道口，水必须透过砂层进入通道。为保证冬季取水可靠，廊道后设暗渠及沉砂池，暗渠和沉砂池覆土保温[2]。2.4玻璃钢管材本工程首次在高原藏区采用玻璃钢管材，很好的利用了该管道的优点；灌区引水采用有压管道，大大提高水量利用率，除跨沟段采用管桥外，其余管段均为埋管；外露管道采取外包保温材料，保证冬季输水安全；管道埋于地下既防止夏季强烈紫外线对管道的破坏，又可防止冬季冰冻影响正常输水；有压管道布置灵活，有效避开了不良地质段，避开了施工难度极大区域，避开了藏区祭祀场所，为灌区现代农业发展提供了条件，同时，大大的降低了施工难度，降低了项目投资；为保证灌区用水安全，保证正常运行，对所有闸井，阀井均采取了保温措施。
3灌区水利计算以及可行性结论
根据以上实际情况，为使该工程最大化满足当地政府及民众的需求，最大程度发挥工程效益，可研报告对工程开发任务、灌区范围和道孚灌片干渠设计方案等方面进行了论述。该工程的开发任务以农业灌溉为主、兼顾灌区农村人畜供水等综合利用；工程P=70%典型年供水总量为1243万m3（农业灌溉1151万m3，农村人畜92万m3），供水范围为道孚县鲜水、格西、孔色3个乡（镇），设计灌溉面积3.42万亩（其中新增灌面2.73万亩，改善灌面0.69万亩），农村供水人口1.02万人。工程由取水枢纽和灌区渠系两部分组成，取水枢纽包括道孚灌片干渠取水枢纽（位于纽日河上）和约威灌片干渠取水枢纽（位于约威沟上），均由左右岸挡水坝和底格栏栅坝组成，道孚灌片干渠取水枢纽坝顶高程确定为3306.00m；约威灌片干渠取水枢纽坝顶高程确定为3208.70m。
4渠道设计流量
4.1按续灌渠道设计根据工程确定灌区范围和灌溉面积，按GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》规定，工程灌区干、支渠按续灌渠道设计。4.2以水量平衡为基础、确定灌溉设计流量根据灌区渠系布置，按各渠道水量平衡结果推求各渠道净、毛灌水率，选取各渠道满足灌溉设计保证率的毛灌水率为设计灌水率，再按干支渠道控灌面积确定各段干支渠道的灌溉设计流量。经布置和水利计算，灌区渠系包括道孚灌片干渠和约威灌片干渠，道孚灌片干渠长19.86km，渠首设计流量0.72m3/s；约威灌片干渠长20.63km，渠首设计流量0.56m3/s。
5田间工程典型区设计
5.1田间工程典型示范区选址田间节水工程设计典型示范区应根据灌区分片进行，所选取的典型区在地形、气象、水文、地质等方面具有一定的代表性，种植结构不单一，经济作物组成占一定的比例，能体现灌区不同位置供需水情况及节水增效等特征。根据全灌区分片特点并结合实际情况，选择典型示范区在道孚灌片干渠引水管桩号K11+134.16处，引水管左侧灌区开展试点。该示范区位于两冲沟之间，支斗农渠采用砼矩型渠按水利部水发（1999）459号文，结合灌区田间节水灌溉面积实施情况，确定本灌区典型示范区的面积为2246亩。5.2田间节水工程布置田间节水工程布置，包括固定渠道、沟道及其所包括的田块内部的毛渠、输水垄沟、毛沟等灌排渠系的布置。合理布置田间灌排渠系，对实现农业机械化，提高灌溉效率，消除串灌漫灌，建立旱涝保收、高产稳定的农田有重要意义。田间工程布置根据因地制宜，统一规划，统筹安排，自然地理条件等要求，将田间渠系尽可能沿等高线布置，充分控制灌区内的所的耕地，力争渠道流程短、占地少，避免过大的挖填方，减少工程量，节省投资[3]。
6节水设计
本工程采用有压管道引水设计，为项目区发展现代农业创造了条件。同时，因采用管道引水，大大提高了水量利用率，节水效果显著。为达到节约用水和“两高一优”农业的发展目的，在灌区规划建设中，拟对干支渠及主要支渠以下渠道采用适当的节水与防渗措施，有利的促进了灌区新农村建设。采用田间节水灌溉、农耕农艺节水措施等方法加强用水管理，推行计划用水、科学用水、计量用水、按表收费、超额加价等措施。
7结束语
新形势下水利工程建设，必须先对水利工程设计环节加以重视，适应水利工程建设技术的发展需要，树立工程设计科学理念，从生态保护和水利建设大发展的角度,做好整个设计工作，为建造生态友好型的水利工程项目打好坚实基础。
参考文献：
[1]王海龙.生态水利工程设计问题分析[J].工程技术研究,2017,(1):219-220.
[2]黄钢.水利水电工程的建筑设计的相关研究[J].河南水利与南水北调,2013,(24):31+33.
[3]欧明艳.基于相关基础工程建设的水利风景区规划设计研究[D].福建农林大学,2013.
作者：彭学彬 黄显玉 单位：自贡市水利电力建筑勘测设计院