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第三章 勘测与设计

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第 一节勘测  

一、总干渠选线测量  

根据县委的部署,1959年10月,林县水利技术人员和熟悉情况的干部共35人组成勘测队伍;携带水平仪、经纬仪等测量器具,身背行李,沿浊漳河西行,两天到达山西省平顺县实会村。在山西省境内选择了辛安村下、耽车村东河、赤壁断河南滩村西、侯壁断上车当村下等4个引水地点,准备初测选线,选择引水地点的原则是渠线就高不就低。引浊漳河水进入林县后与南谷洞、弓上、要街三个中型水库连通,将三个水库变为引漳入林的调蓄水库。  

选择耽车村至分水岭为第 一方案,用25天时间,测得总干渠全长为141.3公里,对工程量作了估算。根据这次测量,县委于1959年11月6日给中共新乡地委并河南省委报送了《关于引漳入林工程施工的请示》。  

以赤壁断上至分水岭为第二方案,也作了较粗的测量。与山西省有关方面洽谈面商,因山西方面浊漳河水资源开发利用的规划与林县引漳入林有矛盾,便设想了第三方案,选择侯壁断下(即现在红旗渠首引水点),于是年11月进行了摸底考查。  

经过1959年冬两个月的测量选线,尽管测点稀少,测法粗放,渠线偏高,但却掌握了几个引水点到林县分水岭的长度和相对高差,给终确定总干渠渠线位置、坡降等定线测量提供了重要资料。  

二、总干渠定线测量  

1960年2月初,经中共河南省委与中共山西省委协商,同意林县从山西省平顺县侯壁断下引浊漳河水后,中共林县县委及时对“引漳入林”测量工作作了安排。2月7日,在盘阳召开引漳入林筹备会议,认真研究了县委《关于林县引漳入林施工方案(草案)》。施工方案中确定:“引漳入林工程的渠首设在山西省平顺县侯壁村北2.5公里的侯壁断下600米处,流经山西省平顺县石城公社的崔家拐、青草洼、老神郊、克昌、白阳坡、王家庄,自南平村入林县境,经过卢家拐、木家庄、盘阳、赵所、阳耳庄、杓铺、石贯、石界、自家庄,越露水河,绕回山角,再经西坡、南丰、桑耳庄到坟头岭,全长9万米(为当时暂估数据),其中山西省境内段渠线长度为3.5万米,林县段渠线长度为5.5万米。渠线所经过的地段是太行山半腰,山坡较陡,有悬崖绝壁6段,总长5400米。渠道引水流量为25立方米/秒,保证过20立方米/秒,渠首渠底海拔高程为464.75米,渠道纵坡1/8000,到坟头岭损失水头11米,比坟头岭高14.7米。”  

1960年2月11日,引漳入林总指挥部印发的《关于引漳入林干渠工程初步旋工安排》中载:“总干渠全长80公里(注:此数亦为当时粗测数据),渠道设计流量25立方米/秒,纵坡1/8000,渠底宽8米,渠墙高4.5米,大水深4.1米。”初步确定了总干渠的设计过水能力与断面。并根据这一设计,初步核定总干渠工程共需挖土石方和砌石方619万立方米,其中挖石方417.5万立方米,挖土方104.9万立方米,砌石96.6万立方米,预设大小建筑物228座,预计需用工456.7万个。”  

为适应总干渠施工急需,总指挥部工程技术指导股除以副股长吴祖太等为一个组,专门负责设计工作外,其余人员分成7个测量小组,从侯壁断下至坟头岭划分7段,分段包干,进行定线测量,按1/8000的渠道坡降和陡于l/3500的各大型建筑物(渡槽、隧洞等)坡降,初步控制了各渠段始末点的计划高程。并从上线敷设的水准标点引出高程,在新的计划渠线附近重新敷设。据此控制高程,去寻找山腰间渠底计划线的位置。  

在施测当中,不仅生活艰苦,而且因受地形条件的限 制,有时跪下观测,有时蹲着观测,有时架人梯观测;视线受阻时,又要涉水跨过浊漳河,到对岸架设仪器观测;为了布置通过峭壁时的测点,测量人员腰系绳索,垂吊放尺;为了量出渠线长度,在渠线位置上无立足之地时,又必须转到山下用辅助线来测距,一天上下数次,稍一失足,就有落入深渊的危险。但是,测量小组的工程技术人员不怕苦,不怕累,排除艰难险阻,设法测量,终于在六七天内,完成了总干渠定线测量,并用石灰水划出渠底线,保证按时开工。他们在测量中,用国产水准仪,一丝不苟,反复校核,测量得到高精度。测量精度控制在±7—12K要求范围内(毫米),(K为施测段长度公里数,±7—12为常数)。接着,初步设计了总=F渠纵、横断面和主要建筑物,如渠首引水枢纽工程、青年洞、白家庄空心坝等设计,为总干渠全面施工铺开了道路。  

为了定线测量准确无误,工程开工后,再次组织测量组,确定2名技术人员分掌正副平,对总干渠从渠首至分水岭逐段进行了精益求精的通测复核,为1960年3月1日编报的《林县引漳入林灌溉工程扩大初步设计》提供了重要资料和科学依据。  

三、三条干渠测量  

1960年9月20日,中共林县县委、县人委发出《林县红旗渠测量工作方案》,要求将总干渠和一、二、三干渠的渠线及大小建筑物位置定好,计算出施工土石方量和需投工数。总干渠未动工段要进行复查。一干渠从分水岭至要街水库,按12立方米/秒流量设计;二干渠从分水岭到马店村东七里沟水库,按7立方米/秒流量设计;三干渠从分水岭隧洞北至卢寨岭凿洞到东岗,按3立方米/秒流量设计。决定从9月21日开始,集中技术人员,采取领导、技术人员和群众相结合的方法,对红旗渠总干渠和三条干渠全部进行复测和测量设计,为总干渠下段及三条干渠全面施工作好准备。  

第二节渠道及建筑物设计  

一、渠道设计  

1、坡降选择  

渠道设计的坡降主要决定于自然地面的坡降。总干渠的坡降是由渠首引水高程和灌区制高点分水岭海拔450米所决定的。渠首豳西省平顺县侯壁下海拔高程为465米,比分水岭海拔高15米,因此设计渠首渠底为海拔464.75米,设3.5米高的拦河坝引水。在分水岭南部山脉中,呈西南、东南伸出一、二干渠,在分水岭上向东北伸出三干渠。由于各种因素的限 制,总干渠采取比较平缓的坡降1/8000,以争取较大的灌溉面积。各大型建筑物如渡槽、隧洞等,则采取了l/3500左右或更陡一些的坡降,以减少工程方量。一千渠为了减少水头损失,保证能把水送入英雄渠内,同时又不多占用耕地,采用平缓坡降1/4000—1/5000。二干渠山势较高,灌区较低,采取了1/1000—1/2000较陡的坡降,以减小过水断面,节省工程方量。随着灌区向下游逐渐低落的特点,沿渠线又建了6个跌水来调整坡降,既保持了较大的灌溉面积,又不致使渠线过高。三干渠由于地形限 制灌溉面积较小,采取1/3000坡降。  

2、流量计算  

渠道流量大小,除主要与所控制的灌溉面积有关外,还与灌溉方式有关。如为续灌,流量就可小些;如为轮灌,流量则需大些。总干渠和三条干渠均采用续灌方式,支渠以下采用轮灌方式。其它如渠道渗漏损失、输水长度、水的利用系数和衬砌材料等,都在不同程度上影响流量计算。渠道流量由支渠开始推算,支渠以下则以渠系有效利用系数来概括其全部水量损耗。参照几个大型灌区的数据确定红旗渠的渠系有效利用系数n=0.83。(见表1-3-2)  

 

  

           

            

     

 至田间

 

 备注

渠 道

   渠 系

渠 道

渠 系

 

 打渔张

0.88-0.96


0.90-0.96



  

人民胜利渠

  0.83


0.78



   

  

0.82-0.85 




   


   

 0.95 

0.835


    0.88


  

  

0.90

0.83


    0.92


  

 红旗渠 

0.85-0.90

0.73-0.83

0.90-0.95

0.85-0.92 

0.95—0.97 

设计采用数 

从各斗渠的进水流量,以轮灌方式推算支渠的净流量和毛流量。同样以支渠轮灌组支渠口流量作为干渠的净流量,逐段向上推算渗漏流量和干渠毛流量,得出干渠进口流量。各干渠进口流量总和,即为总干渠的净流量,同时,总干渠设计流量也可算出。  

3、过水断面设计  

红旗渠各级渠道,绝大部分采用矩形过水断面,少部分采用半梯形或梯形过水断面。梯形断面在逐年维修中也被陆续改建为矩形断面。现有4种断面形式如下图所示。  

矩形断面适用于山区渠道。山区石料丰富,可以就地取材,随挖随砌,减少弃方。同时占地面积小,开挖方量少,旋工技术简便,群众容易掌握。在红旗渠设计中,根据不同情况,选用了不同的型式。如渠道建在填方地基,采用了两侧均为重力墙形式,1-3-3(a)如建在岩石地基上,岩石质地良好,边坡稳定,则采用图1-3-3(b)型式,靠山一边只作衬砌,以防渗水和减少糙率;如渠道通过土质或岩石风化严重的地段,采用图1-3-3(c)型式,两侧均为重力墙;如渠道一侧为岩石,介于图(b)和图(c)之间的地质时,亦采用图(b)的断面型式。  

一干渠全长39.7公里,其中有28.5公里设在土夹石堆积层和砂卵石洪积层上,故设计为梯形断面,并采用粘土防渗,片石护面结构。这样,可以缩短工期,降低造价,提前发挥灌溉效益。但是,三结合工程技术小组经过多次商讨,广泛征求群众意见后认为:梯形断面的弱点是多占地85亩。同时,干砌片石护面不能确保防渗层不受寒冻、冲刷的破坏,工程地质条件也不易保证防渗层和断面型式的稳定。此外,粘土来源有限,粉碎、夯实的任务也比较艰巨。所以,在施工时,改为浆砌石矩形断面。  

在施工管理运用的实践中证明,采用矩形砌石渠道虽然在修建时多用一些工日和投资,但断面稳定,渠身牢固,有防渗、防冲,便于和建筑物联接等优点,同时给以后的管理维修工作也带来了方便。特别是少占耕地,对地少人多的山区来说意义更大。从长远来看,这种过水断面型式,在石料丰富的山区是可取的。  

总干渠和三条干渠修建在太行山腰,因受地形限 制,弯曲、迂回、盘旋绕行,这是山区渠道难以避免的。若使渠道顺直,必然大大增加工程量和投资。因此,在选线时,一般要求目测的弯道曲率半径不小于三倍水面宽度,并要求尽量顺直,避免陡弯,必要时削坡改线。  

渠道糙率(n),是决定过水能力的一个重要因素。在总干渠及干渠设计时采用n=0.0225,当时系假定全渠均用浆砌石衬砌。但在施工中,部分渠段岩石质量较好,渠底和靠山一边未衬砌。1963年,对红旗渠总干渠和英雄渠干渠进行了实测,结果n值均在0.028-0.031之间。分析其原因,在于渠道的部分地段没有衬砌,对糙率影响较大。此外,渠道弯曲也会对流速有一定的影响。根据以上情况,在红旗渠建成后,已对大部分衬砌不完整的渠段加以衬砌修补,不但改善了糙率,而且渠道防渗效果也明显好转。总干渠和各干渠过水断面计算成果  

第三节设计报批  

一、初步设计书及上报  

红旗渠初步设计自1959年10月初勘选线到1962年底为前期,此间的各项设计工作,主要由林县水利局技术人员吴祖太、商国富、石有章、卢公亮承担。新乡专署水利局赵庆先工程师为设计和校核作了大量工作。采取领导、技术人员,结合有丰富建渠经验的工匠和施工人员,广泛征求当地干部群众意见,进行现场考察后,由技术人员精心设计。由于当时旋工紧迫,未能详细勘测设计就动工兴建,所以前期的设计工作,基本上是在边设计边施工之中进行的。  

为了适应总干渠的施工建设,总指挥部的工程技术人员经过一段努力,1960年3月1日第 一次编出《林县引漳入林灌溉工程扩大初步设计书》,其确定灌区范围及有效灌溉面积设计是:除林虑山主脉以西的石板岩公社和东岗、河顺及其它公社一部分高岗坡地不能灌溉外,初测可灌溉面积75万亩,占全县总耕地面积85万亩的88.2%。林县引漳入林灌区范围为:北以浊漳河为限,南达淇河,西靠林虑山主脉,东至安阳县界。境内有城关、合涧、原康、临淇等大小盆地,淇河、淅河、洹河横贯全境。  

1960年9月,根据对总干渠和三条干渠的测量情况,新乡专署水利局工程师赵庆先亲临红旗渠工地指导,和林县红旗渠总指挥部联合编报《关于林县引漳入林红旗渠灌溉工程设计书》,1961年1月28日,新乡专署水利局以[1961]水利计字第16号文首 次正式报送河南省水利厅。此设计书内容分工程概况、基本资料、工程规划、工程设计、工程概算、施工总体规划等六章。这一设计书规划的灌溉效益情况是:“全部工程完成后,配合原有渠道、水库工程,可使80万亩耕地(占全县总耕地面积的92%),在一般干旱年(P=75%)的情况下得到灌溉,并可结合灌溉,利用沿渠落差进行发电。”  

1961年,在完成总干渠二期工程、三期工程即将开工之际,红旗渠总指挥部再次编制《林县红旗渠(引漳入林)灌溉工程扩大设计书》,同年8月10日报送新乡专署水利局。1962年12月,林县水土保持局编报《林县引漳入林总干渠木家庄至南谷洞段设计书》。从1960年到1962年规划设计文件共7次,均逐级上报,要求将红旗渠工程建设列入国家基本建设项目。中南局计划委员会领导曾亲临红旗渠工地检查指导,当即拍板拨款50万元支持,并指示对红旗渠尽快进行技术鉴定,争取早日列入国家基本建设项目。由于灌区未作整体规划,设计文件未能达到国家规定要求等原因,上报文件均未能批复。  

二、红旗渠建设工程列入国家基建项目的申报与批复  

从1963年起,红旗渠设计工作进入新阶段。为了将红旗渠灌溉工程列入国家基建项目,省、专、县水利部门做了大量工作。1963年2月由安阳专署水利局编报《引漳入林红旗渠灌溉工程设计任务书》,又因资料不足尚未批复。4月,按照中共河南省委指示,组成省、专、县联合查勘设计组。通过查勘,编写了《浊漳河上游水文调查报告》和《河南省引漳入林红旗渠灌溉工程查勘报告》及《引漳入林灌溉工程红旗渠总干渠工程地质勘测报告》。  

这些《报告》中,对水源进行详细分析后提出:“灌区规模原设计65万亩,扣除有水源保证和有灌溉设施的弓上水库灌溉4.01万亩,南谷洞水库灌溉l.7万亩,淅河以南灌区12.29万亩,现拟定本灌区灌溉规模为47万亩,在扩大初步设计书中,需进一步调查落实。”  

根据以上的调查报告和资料,1963年6月30日,安阳专署水利局编出《河南省引漳入林灌溉工程续建设计任务书》,以[1963]水规字第49号文报河南省水利厅。  

1963年8月7日,河南省水利厅向河南省计划委员会转报安阳专署水利局关于林县引漳入林红旗渠灌溉工程续建设计任务书,省计委以(1963)计基字405号文报送国家计委和水电部,国家计委以[1963]计农簿字3302号文通知:“委托水利电力部审批。”从此,红旗渠工程建设列入了国家基本建设项目。  

1963年12月25日,水利电力部以[1363]水电规计字第472号文向河南管计委发出《关于引漳入林灌溉工程续建设计任务书的批复》。《批复》说:“接你委[1963]计基字第405号文报来你省林县引漳入林灌溉工程续建任务书。按国家计委[1963]计农簿字3302号文通知,该项设计任务书委托我部审批。现提出我部审批意见如下:(1)林县地处太行山严重干旱地区,解决农田灌溉和人畜饮水问题是一项重要的水利任务。引漳入林工程艰巨,但是有一定的水源,灌溉效益比较显著,而且经过当地人民几年来的努力,总干渠已经大部分建成。因此,我们同意续建该项工程,以期及早发挥效益。(2)引漳入林工程采取无调节的弓f水方式,在枯水季节,水源不能满足设计任务提出的47万亩农田正常灌溉需要,同时因为引水渠线很长沿途渗漏等损失应当充分估计。因此,我部意见,目前应按照第 一干渠控制的灌溉面积(约29万亩)先安排施工。第二、三干渠灌区工程,暂缓修建。在第 一干渠充分发挥效益,实地验证水源情况,并在设计中进一步研究有无可能采取其它水利措施,再行确定是否开发。总干渠续建工程可以考虑以上意见,先作小断面通水。(3)有关水文资料在设计中与山西省联系,进一步落实。(4)灌溉保证率可以采用75%进行设计。(5)浊漳河含沙量较大,设计中应研究在渠首段集中安排沉沙、冲沙措施,以保证渠系的输水能力。已建冲刷闸希核算沉沙、冲沙的能力,必要时应予以改建。(6)总干渠和干渠沿山开渠二程艰巨,必须注意作好地质防渗处理,防止坍塌和严重渗漏。由于水源有限,尽量减少渠系损失,具有特别重要的意义。(7)露水河南谷洞水库,目前存在严重安全问题,请你省另行考虑处理方案,不包括在引漳入林工程之内。但在研究水库处理方案时,可以考虑有无利用该水库补充引漳入林灌区用水的可能性。(8)在服从灌溉的前提下,如果经济合理,可以利用渠道跌水发电,但机组型号的选择,应在设计中进一步研究。我们认为尽可能果用小机组方案,以适应农村加工照明用电的特点,灵活运转。(9)引漳入林灌溉工程的设计由你省审批,报部备查,是否在总体设计编出前,先编年度工程设计请你委确定。”