水库灌溉工程设计浅析

摘要：本文介绍了麻沟水库基本水利计算和工程设计以及其所产生的经济效益，该工程的修建能解决灌区人畜饮水和农业灌溉问题，以供参考。

关键词：水库灌溉工程；设计；建设；效益分析

1工程背景

当前水库灌溉是一项有效供水和灌溉措施[1-5]。麻沟水库灌溉工程位于遵义市汇川区泗渡镇麻沟村，是遵义市北片区唯一较高的水源点，坝址距泗渡镇境内210国道约8.0km，距遵义市约37.0km，有乡村公路从坝址通过，工程对外交通方便。麻沟水库坝址以上流域面积57.0km2（其中明流14.2km2，伏流及凹地42.8km2），主河道长16.2km，主河道平均比降26.2‰。坝址处多年平均流量1.09m3/s，多年平均径流量3440万m3。设计流域及灌区属中亚热带季风湿润气候，冬无严寒，夏无酷暑，受东南海洋和孟加拉湾暖湿气流的影响，降水量较充足，加上无霜期长，光、热、水同季，有利于作物的生长。麻沟水库灌溉工程的主要任务是灌溉。工程建设后将解决汇川区泗渡镇、高坪镇和董公寺镇3924.5hm2（5.8868万亩）的农田灌溉和灌区内15000人、大牲畜3000头和小牲畜12000头的人畜饮水问题。

2工程建设的必要性

在麻沟水库灌区范围内，仅有双仙和大厂沟两座小（一）型水库：（1）大厂沟水库在除险后总库容达140万m3,兴利库容104万m3，放水涵洞出口高程932.8m，设计灌溉面积3668亩，灌面高程在930.0m以下；（2）双仙水库经除险后总库容139万m3，兴利库容117.4万m3，放水涵洞出口高程963.1m，设计灌溉面积5100亩，灌面高程在960.00m以下；两水库设计灌面共计8768亩，现在正在承担起泗渡镇片区的灌溉和人蓄饮用的重担，但由于双仙和大厂沟两座小（一）型水库已修建多年（目前已被列为病险库），水库的长年淤积和运行，已导致水库取水保证率低，再加之水库本身的高程比较低，能覆盖的面积相对较小。由于水资源的缺乏，用水无法保障，阻碍了绿色产业和粮食产量的发展。为了更好的造福地方百姓，推动农村经济的健康发展，必须尽快解决缺水的问题。项目区灌溉基础设施薄弱，水利化程度较低，灌溉用水问题突出，急需修建较大的水利工程以解决项目区干旱缺水的现状。

3工程水利计算

麻沟水库灌溉工程的主要任务是灌溉。工程建设后将解决汇川区泗渡镇、高坪镇和董公寺镇3924.5hm2（5.8868万亩）的农田灌溉和灌区内15000人、大牲畜3000头和小牲畜12000头的人畜饮水问题。考虑到社会经济发展和当地水资源条件以及供水对象的特点，灌溉保证率取P=80%、农村人畜饮水供水保证率取P=95％、环境用水保证率取P=90%。
3.1正常水位的确定
根据本工程的实际，综合工程建坝条件、工程投资和水库水量计算等因素，为满足河流规划要求，在本工程可行性研究阶段初步拟定1036m、1038m、1040m三个正常蓄水位方案进行比选。从水量计算来看，麻沟水库正常蓄水位从1036m增加到1038m时，兴利库容增加129万m3，可供水量增加170万m3，单方库容增加1.32m3水；从1038m增加到1040m时，兴利库容增加150万m3，可供水量增加132万m3，单方库容增加0.88m3水。虽然1036m正常蓄水位方案投资最省，比1038m正常蓄水位方案少632.92万元，但1036m正常蓄水位方案可供水量比1038m正常蓄水位方案少170万m3，没有达到充分利用水资源。而正常蓄水位1040m方案工程总投资比正常蓄水位1038m方案多438.24万元。因此，综合坝址地质条件、工程投资和来水用水等因素，本阶段推荐正常蓄水位为1038m，相应库容1040万m3。
3.2水利调节计算
灌溉需水量根据工程的灌溉面积、田土比例及作物组成，采用相应作物相应年份的灌溉定额进行长系列计算。麻沟水库为不完全多年调节，其计算时段5月～8月为旬，其他月份为月。灌区内渠系水利用系数取为0.70，田间水利用系数0.95，灌溉水利用系数0.665。经计算，灌区多年平均灌溉用水量为1860万m3，P=80%，灌溉用水量为2130万m3。麻沟水库在保证设计灌面灌溉前提下，还可以解决灌区范围内1.5万人、0.3万头大牲畜和1.2万头小牲畜的人畜饮用水问题。根据有关规范，农村人均用水定额采用0.075m3/d、大小牲畜用水定额采用0.050m3/d、0.030m3/d，设计拟采用渠道供水。经计算，麻沟灌区农村人畜用水量（毛）为89.7万m3/年。3.3渠道流量计算对麻沟水库水稻、蔬菜历年最大旬定额进行统计，P=80%，水稻、蔬菜、果林最大旬定额为分别为64.8m3/亩、10.1m3/亩和3.87m3/亩。根据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，计算得到各渠道设计流量成果，其中渠道输水方案渠系水利用系数为0.70，干、支渠输水损失分别为10.72‰～25‰。根据各干支渠的控制灌面及渠道长度从支渠到干渠，再到总干渠逐条渠道计算灌溉设计流量，即得到总干渠首设计流量为3.84m3/s。由于灌区人畜饮水供水采用渠道供水，人畜饮水供水量按渠长均分。

4工程总体布置及主要建筑物

4.1工程总体布置
本工程规模为中型，工程等别为III等。本工程坝线具有唯一性，从坝线地形地质条件看，该坝线可建刚性坝，也可考虑当地材料柔性坝。麻沟水库灌溉工程枢纽总体布置为：钢筋混凝土面板堆石主坝，钢筋混凝土面板堆石副坝，主坝左岸边溢洪道，左岸导流兼放空隧洞，左岸取水隧洞，南向灌区渠系建筑物，其中钢筋混凝土面板堆石主坝最大坝高54.3m，钢筋混凝土面板堆石副坝最大坝高18.8m，水库正常蓄水位1038m，死水位1017m，正常蓄水位以下库容1040万m3，最大库容1160万m3，取水隧洞布置于大坝左岸，取用流量3.84m3/s，设一岸塔式进水口，取水隧洞全长808.44m，取水隧洞含有压进水口和无压城门隧洞两部分，取水隧洞尺寸为宽×高=2.0m×2.567m；灌区渠系及建筑物平面总长度87.14km。
4.2主要枢纽建筑物
钢筋混凝土面板堆石坝轴线选择重力坝坝轴线下游20.0m处，计算得防浪墙顶高程1041.00m，取防浪墙高1.2m，故坝顶高程为1039.80m，坝轴线长度为159.65m。大坝上、下游坝坡均为1∶1.4。拟定坝顶顶宽7.0m，净宽为6.0m。河床段趾板建基面高程为985.50m，最大坝高54.30m。本工程防渗混凝土面板采用等厚结构设计，厚度为0.45m；面板设垂直缝，在两坝肩附近的面板设张性垂直缝，间距6m左右，其余部分的面板设压性垂直缝，间距为8.0m。本方案趾板采用趾板面等高线垂直于“X”线布置形式，趾板厚0.5m，其宽度按岩石地基容许水力梯度确定，趾板宽度统一取为6.5m，河床及两岸趾板每隔12m～15m设一条伸缩缝。溢流净宽12m，堰顶高程1033.0m，分2孔，分别设6m×5m(宽×高)的平板钢闸门，溢流堰为WES型实用堰，由上游面曲线、下游面曲线、泄槽段、圆弧段和底流消力池段组成，总长225.041m（含消力池、护坦）。取水隧洞进水口布置在离大坝左坝肩约300.0m处。灌区渠道设计考虑每隔10m设置伸缩缝，缝宽0.02m～0.03m，缝间采用适应结构变形，粘结能力强，防渗性能良好的填料填实。总干渠总长6.3km，渠首流量3.84m3/s，渠道断面尺寸为宽×高=2.2m×2.70m。在总干渠末端分出北干渠和南干渠。北干渠总长14.55km，渠首流量0.312m3/s，渠末流量0.128m3/s，渠道断面尺寸为（宽×高=）0.85m×1.10m～0.65m×0.8m。龙午坝支渠平面总长6.50km（含建筑物），渠首流量0.262m3/s，渠末流量0.252m3/s，其中，渠道总长6.05km，渠道断面尺寸为（宽×高=）0.8m×1.10m；倒虹管1座，总长450m，管径Φ450。从以往工程经验可知，在同一流量，同一高程，同一地形地质条件下，渡槽的造价约为倒虹管的2.5倍，渡槽的造价较高，因此，从节约投资的角度出发，尽量少选用渡槽，但从节约水头的角度出发，为了满足末端控制灌面高程，在渠系的适宜位置选择了渡槽输水。麻沟灌区工程共有渡槽9座，总长1187.40m，渡槽断面尺寸为宽×高=1.90×2.56m～1.2m×1.20m。

5工程经济效益分析

工程总投资为58798万元。静态投资为58798万元，其中：①工程部分投资33449.13万元；②环境移民投资25348.87万元；基本预备费率为5％；不计算建设期贷款利息。经计算，本工程经济内部收益率8.13%，大于8%；经济净现值748万元，大于0；效益费用比1.01大于1；投资回收期13.7年。经济分析各主要经济指标均大于基本要求，经济分析可行。据调查，灌区农民2010年人均可支配收入5135元/人，2011年～2014年按年平均增长率5%计算，预测2014年平均可支配收入6241元/人，多年平均年灌溉用水量2130万m3，亩均用水362m3，初步确定按1.2%计算的可承受水价为2014年为0.20元/m3；人畜饮水水价按03f81.6%计算可承受水价，年平均每人、头供水量为30m3，水价为1.23元/m3。表1所示为工程成本费用表，工程年财务收入合计536万元，略大于年运行成本支出520万元，灌区能够维持正常运行。从财务初步分析可知，项目收入能保证项目正常运行，但项目建设资金需要政府大力扶持，项目具备基本生存能力，财务分析可行。

6结语

本工程的修建，可以解决项目区干旱缺水的现状，克服实际工程的用水问题。麻沟水库灌溉工程技术上是可行的，同时它的经济效益较为显著。笔者认为通过合理的工程枢纽布置，包括水库大坝和渠道，来解决缺水灌溉问题是一个较为可行的方法。水库灌溉工程可以取得合理的经济效益。本工程可为类似工程提供借鉴。

参考文献:
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