灌區(qū)渠系改造設(shè)計(jì)探析

柳露

(新疆伊犁州喀什河流域管理處,新疆 伊犁州 835000)

1 渠首工程的改造

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化、城市化、以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，各業(yè)生產(chǎn)生活對(duì)水的需求量不斷增加，應(yīng)進(jìn)行灌區(qū)改造總體規(guī)劃，應(yīng)對(duì)灌區(qū)渠首工程、渠系工程規(guī)模進(jìn)行復(fù)核。

1）設(shè)計(jì)保證率和分析水源可供水量、流量、水源水位等參數(shù)不合理。這些參數(shù)在設(shè)計(jì)中選取的不夠合理或考慮的不夠細(xì)致、全面，因此，工程建成后與實(shí)際運(yùn)行偏差較大，后續(xù)工程無法配套或無法實(shí)施，導(dǎo)致工程不能達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。應(yīng)對(duì)整個(gè)流域來水量進(jìn)行復(fù)核，按照長(zhǎng)系列資料（n≥30年）計(jì)算引水樞紐（或蓄水設(shè)施）的來水量，以此確定可供水量、設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)引水水位。

2）對(duì)原有渠首工程的改造，要根據(jù)區(qū)域性、整體規(guī)劃的要求，盡可能地增辟水源，在中下游地區(qū)興建調(diào)節(jié)水庫確保對(duì)下游供水的穩(wěn)定性。

3）灌溉面積、引水流量、渠首水位的復(fù)核。灌區(qū)的設(shè)計(jì)灌溉面積、有效灌溉面積、實(shí)際灌溉面積相差很大，灌區(qū)經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，環(huán)境條件發(fā)生了不同程度的改變，應(yīng)按實(shí)際灌溉面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步分析統(tǒng)計(jì)灌區(qū)作物的組成和種植比例，根據(jù)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和節(jié)水型技術(shù)應(yīng)用，分析不同作物的灌溉制度及灌溉定額，確定灌區(qū)引水流量。由于灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、面積變化，灌區(qū)內(nèi)工程及防滲措施建設(shè)，對(duì)渠首所要求的設(shè)計(jì)引水位也發(fā)生了變化，應(yīng)重新進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

4）渠首控制工程的改造。對(duì)有壩取水工程，計(jì)算溢流壩長(zhǎng)度、堰頂高程、非溢流壩壩頂高程及泄洪、沖砂、引水閘寬度、底高程等工程參數(shù)，分析上、下游防護(hù)工程改造范圍，確定工程的改造方案。對(duì)無壩取水工程，應(yīng)復(fù)核進(jìn)水閘寬度是否滿足設(shè)計(jì)過流能力要求，渠首引水水位是否滿足灌區(qū)自流灌溉要求，確定改建、擴(kuò)建工程方案。對(duì)于已經(jīng)損壞的渠首要搞清破損的原因，為改造方案的確定提供依據(jù)。

5）河道懸移質(zhì)及推移質(zhì)含沙量要進(jìn)行收集調(diào)查、分析計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果是否準(zhǔn)確將影響到渠首改造方案的選取及確定沖砂寬度。

2 渠道系統(tǒng)的改造

2．1 渠系改造的原則

由于大多數(shù)灌區(qū)都已經(jīng)運(yùn)行了幾十年，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及小城鎮(zhèn)建設(shè)等因素的變化，不少灌區(qū)的渠線布置方式已不再滿足灌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求；不少灌區(qū)由于建設(shè)中屬于“三邊”工程，原有的渠道本身布置就不盡合理，如干渠沿線直掛斗、農(nóng)渠，渠系與其它建筑物交叉混亂等，對(duì)明顯的不合理的渠線進(jìn)行調(diào)整合并，按照“層次明確、長(zhǎng)度較短、經(jīng)濟(jì)合理、便于管理”的原則進(jìn)行改線、改建，理清灌排體系。

2.2 渠道斷面

包括渠道的橫斷面形式、尺寸、防滲形式、抗凍改造等。

1）在改造規(guī)劃中，當(dāng)渠道設(shè)計(jì)流量改變時(shí)，其縱橫斷面形式、尺寸相應(yīng)也要改變。渠道橫斷面形式、尺寸改造是在原渠道的基礎(chǔ)上，對(duì)橫斷面進(jìn)行拓寬、縮墊、整修，以滿足灌區(qū)引水流量和水位的要求。

2）渠道防滲改造包括土料防滲、砌石防滲、塑膜防滲、混凝土防滲等類型。要調(diào)查分析清楚渠道損壞原因，并進(jìn)行計(jì)算確定相應(yīng)的防滲形式改造。如渠道是凍脹破壞的，要增加戈壁墊層厚度，增加排水措施等；沖刷破壞的，要調(diào)整渠道縱坡、修建陡坡、跌水等，避免渠道再遭破壞。

3）防滲改造除選擇經(jīng)濟(jì)合理的防滲形式和橫斷面形式外，由于襯砌材料的改變，斷面糙率發(fā)生了改變，渠道流速、設(shè)計(jì)水位也必將發(fā)生變化。因此，應(yīng)對(duì)改造渠道進(jìn)行全面復(fù)核，計(jì)算水位銜接情況，采取必要的工程措施滿足渠道上下級(jí)分水要求。

2.3 水力計(jì)算

為使水力計(jì)算與工程特性相一致，故正確選用計(jì)算公式十分重要。

1）對(duì)于一般渠道水流恒定、渠槽長(zhǎng)而直、底坡沿程不變的棱柱體渠道可直接用明渠恒定均勻流公式計(jì)算。

2）對(duì)于陡坡渠道或非棱柱體渠道若渠底寬固定不變時(shí)，可采用BⅡ型降水曲線或用查爾諾門斯基方法計(jì)算；對(duì)底寬漸變的陡槽段則可用查氏方法分段計(jì)算。

3）消能設(shè)施的水力計(jì)算。采取底流式消能可以采用A·C：巴什基洛娃圖表計(jì)算。由于巴氏對(duì)各種消能設(shè)備的計(jì)算方法與步驟均較明確、詳細(xì)，計(jì)算省時(shí)，又能保證精度；但是在選定消能設(shè)施的尺寸時(shí)應(yīng)該留有余地，對(duì)于一些重要的大中型工程，其水力計(jì)算成果還應(yīng)通過模型試驗(yàn)加以驗(yàn)證；至于挑射消能計(jì)算，目前還未找到一種比較成熟適用的計(jì)算方法。

2.4 渠系建筑物

建筑物的改造主要包括以下3種：

1）除險(xiǎn)加固。包括建筑物主體部分或基礎(chǔ)部分嚴(yán)重老損，如底板被淘空，基礎(chǔ)發(fā)生滲流、管涌、流砂、側(cè)流等破壞，由于地基承載力不足引起的建筑物變形、折斷和整體倒滑等，影響建筑物安全的工程改造。

2）恢復(fù)功能。如基礎(chǔ)部分、主體部位喪失功能，淤積、變形嚴(yán)重，部分結(jié)構(gòu)引起的功能下降，引水量不能滿足灌溉要求，以改建、擴(kuò)建恢復(fù)建筑物局部功能為目的的工程改造。

3）整修補(bǔ)強(qiáng)。主要表現(xiàn)在局部破損嚴(yán)重，裂縫，混凝土碳化，老化剝落，剛進(jìn)外漏，進(jìn)出口斷面損壞，主體建筑物部分喪失功能，以整修補(bǔ)強(qiáng)為目的的工程改造。

4）結(jié)構(gòu)計(jì)算。無論哪種類型的改造，都應(yīng)對(duì)損壞原因進(jìn)行調(diào)查研究，選擇合適的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，重新核算建筑物安全系數(shù)，精心組織施工，按照基本建設(shè)要求進(jìn)行項(xiàng)目管理，確保工程質(zhì)量。①對(duì)于大中型陡坡的護(hù)砌厚度應(yīng)滿足滑動(dòng)安全，設(shè)置伸縮縫沉陷縫以后，坡面砌護(hù)類似大面積薄板，故對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)力以及傾復(fù)穩(wěn)定一般可不須計(jì)算，其主要控制條件是滑動(dòng)穩(wěn)定，作用在護(hù)面上的滑動(dòng)力主要有水流拖泄力、砌體自重順坡方向的分力及護(hù)面凸體（如伸縮縫）產(chǎn)生的阻力；抗滑力則包括砌體自重垂直坡面的分力和水流靜壓力（需扣除高速水流的脈動(dòng)壓力）、護(hù)面上的上舉力和滲透壓力，其抗滑安全系數(shù)應(yīng)不小于1.3～1.5即為安全。②消力池、水閘底板厚度應(yīng)滿足抗浮穩(wěn)定要求，由于底板四周邊界的約束作用，一般沒有滑動(dòng)問題，因此僅需對(duì)其抗浮要求進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。作用在底板上的上浮力包括滲透壓力、脈動(dòng)壓力、底板上凸出體產(chǎn)生的上舉力，以及下游消力池水深與水躍段內(nèi)壓力差?？垢×Πǖ装宓母≈睾偷装迳系乃?，其抗浮安全系數(shù)不小于1.3～1.5即為安全。

3 渠道信息化工程改造

渠系信息化改造，即通過遙測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，對(duì)渠系的輸水、配水、水量、水位、水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，河道、水庫、渠道工程及城市防洪預(yù)警預(yù)報(bào)，各分水口水閘啟閉遙控動(dòng)態(tài)自動(dòng)化管理及控制。