金溝河總干渠改建及效果分析

陳 臣 錢新妮

（新疆水利廳金溝河流域管理處 沙灣 832100）

水是農(nóng)業(yè)的命脈，而引水渠道是連接水和農(nóng)業(yè)的橋梁和紐帶，一條完整的灌溉渠系不但可以滿足灌溉需要，更為當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著舉足重輕的作用。本文通過(guò)對(duì)金溝河總干渠在多年的運(yùn)行中出現(xiàn)的破壞形式及原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)在總干渠改建中采取的措施和運(yùn)行效果進(jìn)行闡述。

1 概況

金溝河灌區(qū)位于新疆北部準(zhǔn)噶爾盆地南緣塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)，地處金溝河流域中下游的沖洪積扇傾斜平原及沖擊平原上。自1959年開(kāi)發(fā)建設(shè)金溝河灌區(qū)以來(lái)，灌區(qū)面積已發(fā)展到3.33萬(wàn)hm2，骨干工程主要包括費(fèi)爾干式引水渠首1座、總干渠54km、分水閘及渠系建筑物14座，工程已運(yùn)行50多年，主要存在的問(wèn)題是總干渠老化、破壞嚴(yán)重、多處變形，已無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水要求，阻礙了灌區(qū)效益的發(fā)揮。

2 總干渠破壞形式

根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)觀察和實(shí)際維修情況，金溝河總干渠的破壞形式有以下幾種：

a.渠底和渠道邊坡水面線以下部位磨損嚴(yán)重，渠底整體磨去5～10cm，部分地段達(dá)0.2m，渠底已磨穿，渠道邊坡靠渠底接縫處邊角缺失和破損嚴(yán)重。

b.渠道鼓脹變形嚴(yán)重，邊板從中間或水面線處斷裂較多，多處呈現(xiàn)形如椅子狀二臺(tái)，裂縫多呈向外的三角形，鼓脹處板下部脫空且墊層破壞，淤泥質(zhì)較多，部分渠底變形鼓起呈拱狀。

c.渠道邊坡水面線以上部分表皮脫落嚴(yán)重，脫落部分混凝土呈薄片狀，渠道陽(yáng)面表現(xiàn)較明顯。

3 破壞的原因分析

3.1 地形、地質(zhì)情況分析

總干渠沿線地層主要以上更新統(tǒng)新疆群、上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)、第四系全新統(tǒng)組成。灌區(qū)烏伊公路以南地層上部普遍覆蓋有亞砂土層，自南向北土層厚度由幾厘米變至2～3m，地層下伏巨厚砂卵石層；烏伊公路以北地層為洪沖擊沉積層，主要巖性為含卵石的砂礫石、中細(xì)砂、粉細(xì)砂層，表層由南向北覆蓋有3～20m厚的亞砂土、亞粘土層，部分可達(dá)40余m。土層自然容重為1.46～1.59g/cm3，干容重為1.38～1.60g/cm3，屬低液限粘土，易產(chǎn)生凍脹。同時(shí)總干渠70%部分從條田中間穿過(guò)，80%渠道為挖方渠，渠道融雪水在渠道兩側(cè)的入滲、農(nóng)田灌溉產(chǎn)生的側(cè)滲，破壞了渠道的防滲層，而渠道地段地下水埋深均大于10m，地層易溶鹽含量低，為非鹽漬土，因此凍脹破壞是引起渠道破壞變形的重要原因之一。

3.2 泥沙影響分析

金溝河是一條多泥沙河道，泥沙主要來(lái)源于水流對(duì)河道的沖刷及降水對(duì)流域面的侵蝕，根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，多年平均懸移質(zhì)輸沙量為65.03萬(wàn)t，輸沙率為20.6kg/s；多年平均推移質(zhì)輸沙量為9.25萬(wàn)t，相應(yīng)輸沙率為2.94kg/s；多年平均輸沙量為74.28萬(wàn)t。由于渠首缺乏有效的泥沙處理措施，泥沙大量進(jìn)入總干渠，推移質(zhì)最大可達(dá)直徑60cm，懸移質(zhì)主要為流沙和泥土，進(jìn)入渠道后對(duì)渠道水面線以下邊坡和渠底產(chǎn)生磨砸破壞作用。由于混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)低，同時(shí)在設(shè)計(jì)上總干渠設(shè)計(jì)流量為10～45m3/s,坡降為 0.015～0.008，流速為 3～7.8m/s，存在坡降大、流速高等特點(diǎn)，加上渠水中的推移質(zhì)和懸移質(zhì)多而粗，對(duì)渠道的破壞作用較大，因此泥沙磨損也是總干渠遭破壞的一個(gè)原因。

3.3 凍融循環(huán)及風(fēng)化影響分析

金溝河總干渠雖然冬季基本不引水，但由于混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)低，且冬季穩(wěn)定積雪時(shí)間平均為120天（11月中旬到次年3月底），平均積雪厚度20cm，最深積雪達(dá)60cm，入冬和春季在融雪過(guò)程中，由于墊層破壞，融雪無(wú)法及時(shí)排出，在晝夜溫差作用下產(chǎn)生反復(fù)凍融，使混凝土表皮脫落。同時(shí)由于本地全年日照時(shí)間長(zhǎng)，加上該總干渠使用時(shí)間較長(zhǎng)，水面線以上陽(yáng)面風(fēng)化破壞較明顯。

4 實(shí)施的防治措施

結(jié)合多年的維修管理經(jīng)驗(yàn)，在總干渠改建中，針對(duì)存在的問(wèn)題對(duì)癥下藥，主要采取以下措施加以解決。

4.1 改增建泥沙處理設(shè)施

在改建中對(duì)泥沙實(shí)施3級(jí)處理措施，首先提高渠首進(jìn)水閘閘底坎，使閘前50%將進(jìn)入總干渠的泥沙被阻擋在進(jìn)水閘以外，進(jìn)水閘對(duì)泥沙承擔(dān)著初級(jí)攔截作用；同時(shí)在進(jìn)水閘后總干渠上增設(shè)排沙渦管3處，使進(jìn)入總干渠的40%泥沙得以二級(jí)處理并排出。其次在渦管后新建排沙漏斗一座，使進(jìn)入總干渠的55%泥沙得以有效排出。

4.2 改善防滲排水設(shè)施

改善總干渠排水設(shè)施主要分兩個(gè)方面：首先抬高渠底高程，改善邊底板墊層，考慮原渠道為天然的隔水屏障，根據(jù)計(jì)算在原渠基礎(chǔ)上置換60cm厚渠底防滲層，渠坡置換防滲層由下部的50cm變至上部的30cm厚；其次在渠底增設(shè)直徑16cm的UPVC排水管，排水管上布梅花形孔，孔徑0.5cm，孔距10cm，采用300g/m2的無(wú)紡布包裹，用鐵絲扎緊，縱向每隔500m設(shè)橫向排出。

4.3 提高混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》要求，改建中混凝土指標(biāo)采用C20W6F200，混凝土強(qiáng)度和抗凍抗?jié)B性得到了極大的改善和提高，混凝土采用渠底15cm厚，邊板厚度由下至上從15cm變?yōu)?0cm。

4.4 改善防沖刷和抗變形結(jié)構(gòu)

根據(jù)多年維修經(jīng)驗(yàn)，在防沖刷改建中對(duì)以往坡度較大、易破壞的部分段進(jìn)行了縱坡調(diào)整，個(gè)別部位通過(guò)新增消能池減緩了高流速水流的破壞作用；在抗地基不均勻沉降上，改建中在渠底與渠坡接縫處設(shè)縱向縫2道，橫向縫每隔3m設(shè)一道，增設(shè)邊板中間橫縫一道，縫寬1.5cm，縫內(nèi)填閉孔塑料板，頂部1.5cm采用原漿封口。

5 效果分析

a.總干渠改建后輸水能力明顯增強(qiáng)。至2009年工程改建完成后，總干渠破損率由85%降至10%，降低了75%，垮渠現(xiàn)象基本不存在，提高了灌溉保證率，每年可增加引水量6000萬(wàn)m3。

b.泥沙處理效果好?？偢汕?998年開(kāi)始改建以來(lái)，至2009年已改建的總干渠運(yùn)行狀況良好，泥沙經(jīng)過(guò)3級(jí)處理后，得到了很好的控制，渠首引進(jìn)泥沙的95%被處理，推移質(zhì)基本全部被處理，懸移質(zhì)除汛期有部分外，其他均被處理，大大減輕了灌區(qū)土地的沙化現(xiàn)象。

c.變形破壞得到了控制。通過(guò)提高混凝土指標(biāo)和設(shè)立防水排水系統(tǒng)，總干渠自使用以來(lái)迎水面除混凝土表面乳皮外渠道無(wú)明顯磨損痕跡，多年磨損總量控制在1%范圍內(nèi)，呈穩(wěn)定狀態(tài)。多年運(yùn)行沒(méi)發(fā)生裂縫、變形、破壞等現(xiàn)象，渠道防水排水通暢，作用明顯，有效延長(zhǎng)了總干渠的使用壽命，每年可節(jié)約維修資金近百萬(wàn)元。

d.經(jīng)濟(jì)作用明顯。通過(guò)實(shí)施總干渠改建，提高了輸水量，每年可增加水費(fèi)收入400萬(wàn)元，節(jié)水3000萬(wàn)m3，改善灌溉面積1.2萬(wàn)hm2，糧食總產(chǎn)量增加0.6萬(wàn)t，棉花增產(chǎn)0.5萬(wàn)t，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值增加1億元，農(nóng)民人均純收入增加1000元，滿足灌區(qū)發(fā)展的需要。

6 結(jié)語(yǔ)

金溝河總干渠改建防治措施是在多年運(yùn)行與管理經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的，是對(duì)金溝河總干渠多年維修經(jīng)驗(yàn)的一次成功探討、改進(jìn)和升華的過(guò)程，對(duì)事物的處理只有認(rèn)識(shí)了其本質(zhì)，才能從根源上加以處理和完善，繼而采取的措施也才是科學(xué)的、合理的，也才能從根本上解決存在的實(shí)際問(wèn)題。