額敏縣闊什比克良種場(chǎng)節(jié)水改造實(shí)施分析

馮建立

（新疆維吾爾自治區(qū)塔城地區(qū)額敏縣水管總站 新疆 額敏 834600）

1 縣域概況

額敏縣位于新疆維吾爾自治區(qū)塔城盆地東北部，土地資源豐富，土質(zhì)肥沃，光熱資源充分，適宜種植業(yè)發(fā)展。區(qū)域?qū)賰?nèi)陸地區(qū)，遠(yuǎn)離海洋，氣候?qū)儆跍貛Т箨懶园敫珊禋夂?，降水量小，蒸發(fā)量大，河道來(lái)水少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足灌溉的要求。當(dāng)?shù)厮Y源缺乏，且在年內(nèi)分布不均，具有春洪、夏旱、秋枯的特點(diǎn)，水資源的利用率較低。當(dāng)前農(nóng)業(yè)仍采用傳統(tǒng)的大水漫灌的灌溉形式，灌溉方式落后，工程性缺水與資源性缺水矛盾十分突出，極大地制約了額敏縣經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

闊什比克良種場(chǎng)包括闊什比克村和別斯塔勒村兩個(gè)村，現(xiàn)有人口1032人，由漢、哈、蒙等民族組成；現(xiàn)有耕地0.932萬(wàn)畝，主要種植小麥、打瓜、甜菜、油料等作物。2012年年末，牲畜存欄頭數(shù)為0.42萬(wàn)頭（只），2012年項(xiàng)目區(qū)人均收入為0.71萬(wàn)元。

2 項(xiàng)目區(qū)水利工程現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題

2.1 項(xiàng)目區(qū)水利工程現(xiàn)狀

灌區(qū)內(nèi)主要水利工程有干、支、斗、農(nóng)四級(jí)渠道10.67km、機(jī)電井2眼，其中干渠已全部防滲，支渠已防滲2.5km，斗渠、農(nóng)渠幾乎無(wú)防滲。灌區(qū)內(nèi)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)緩慢，工程配套不完善，支、斗、農(nóng)渠防滲率低，輸水損失較大。

表1 渠道水利要素匯總表

2.2 項(xiàng)目區(qū)存在的主要問(wèn)題

（1）水資源利用率低。由于天然來(lái)水時(shí)空分布不均衡，加之缺少控制性的調(diào)蓄骨干工程，灌區(qū)水資源利用程度低；另一方面，項(xiàng)目區(qū)資金缺乏，同時(shí)現(xiàn)有骨干渠道大多都為土渠，渠道滲漏淤積嚴(yán)重，輸水損失較多。

（2）工程問(wèn)題。由于該項(xiàng)目區(qū)自身經(jīng)濟(jì)薄弱，國(guó)家投資較少，灌區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)緩慢，工程配套不完善，干、支、斗、農(nóng)渠防滲率低，土渠受地質(zhì)影響，輸水損失嚴(yán)重。

另外，現(xiàn)有渠道淤積嚴(yán)重，渠道輸水損失很大。

（3）運(yùn)行管理問(wèn)題。水利工程管理水平相對(duì)落后，水利建設(shè)資金投入不足，水費(fèi)征收比較困難。工程維護(hù)、更新嚴(yán)重滯后。

3 節(jié)水改造實(shí)施方案

額敏縣闊什比克良種場(chǎng)小型農(nóng)田水利工程節(jié)水改造主要圍繞灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水。灌溉用水盡可能利用地表水，然后重點(diǎn)抓住節(jié)水效益最大的渠道防滲工程，并完善配套設(shè)施，減少渠道滲漏損失。以節(jié)水為中心，大力推廣先進(jìn)的灌溉技術(shù)。最后培訓(xùn)管理人員，提高管理水平。

本次改造工程規(guī)模為小（1）型，等別為Ⅴ等，渠道及渠系建筑物級(jí)別為5級(jí)。工程主要建設(shè)內(nèi)容：新建闊什比克支渠3.75km，農(nóng)橋7座，分水閘6座。

3.1 渠道設(shè)計(jì)

根據(jù)渠線的地形、地質(zhì)條件和額敏縣自身的特點(diǎn)，渠道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足穩(wěn)定，防滲效果好，工程量小，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，少占地的原則。經(jīng)比較，選擇渠道的過(guò)水?dāng)嗝嫘褪綖樘菪巍?/p>

表2 方案比較表

表3 渠道抗凍脹材料方案比選

表4 h=5.0m時(shí)置換厚度

表5 渠道農(nóng)橋特性表

3.1.1 渠道水利要素計(jì)算

依據(jù)《灌溉與排水設(shè)計(jì)規(guī)范》50288—99，渠道水利要素參見(jiàn)附表1。

3.1.2 渠道襯砌形式的確定

本次待改造支渠地面自然坡度均在1.9%～0.9%之間，地面坡度較緩。針對(duì)渠道過(guò)水?dāng)嗝孢x型，進(jìn)行了2種方案比較：

方案一：斷面型式為梯形斷面，底板、邊板均采用8cm厚的C20F200W4現(xiàn)澆砼板，設(shè)30cm砂礫石墊層，內(nèi)邊坡為1∶1.25，外邊坡為 1∶1.25，渠頂設(shè) 50cm×30cm×6cm的C20、F200、W4 砼現(xiàn)澆封頂板。

方案二：斷面型式是梯形斷面，底板采用8cm厚C20F200W4現(xiàn)澆砼板，邊板采用8cm厚C20F200W4預(yù)制砼板，內(nèi)邊坡1∶1.5，外邊坡為 1∶1.5，渠頂壓 50cm×30cm×6cm的C20F200W4砼預(yù)制板，渠底墊層30cm厚。方案比較見(jiàn)表2。

方案一、二比較，渠道流速均能滿足砼與砌石抗沖流速V≤2.5m/s的要求，考慮到施工工期及造價(jià)因素，方案一優(yōu)勢(shì)較明顯。

3.1.3 渠道橫斷面及防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渠道底板采用8cm厚現(xiàn)澆砼板防滲，兩側(cè)邊板采用8cm厚現(xiàn)澆砼板防滲，內(nèi)外邊坡均為1∶1.25，板下鋪設(shè)0.3m砂礫石墊層，渠道頂部設(shè)0.5m×0.3m×0.06m現(xiàn)澆砼封頂板，渠道每隔3m設(shè)一道伸縮縫，縫均采用高密度苯板上設(shè)2cm聚氨酯嵌縫防滲，縫寬2.0cm。渠道填筑土料壓實(shí)度為0.96，墊層砂礫中料土的粒徑d≤0.075mm的含量≤10%，砂礫石墊層相對(duì)密度Dr≥0.75。砼標(biāo)號(hào)均為C20F200W4。

3.1.4 渠道抗凍脹設(shè)計(jì)

針對(duì)渠道防凍脹材料，本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了砂礫石料和苯板兩種方案的比較，見(jiàn)表3。

通過(guò)對(duì)施工條件、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的比較，砂礫石料作防凍材料在喀什區(qū)應(yīng)用比較廣泛，同時(shí)積累了很多成功經(jīng)驗(yàn)，且其運(yùn)距短，造價(jià)低。苯板方案材料輕，需要機(jī)械少，但運(yùn)距遠(yuǎn)，而且沒(méi)有已建工程的成功經(jīng)驗(yàn)。綜合比較以上幾項(xiàng)認(rèn)為，砂礫石方案從技術(shù)條件、投資上都要明顯優(yōu)于苯板方案，故，抗凍脹材料確定為砂礫石料。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供資料，得知該渠線屬河流沖洪積平原地貌，地形平緩，沿線現(xiàn)為耕地。沿線地層主要為第四系上更新統(tǒng)～全新統(tǒng)沖洪積層（Q3-4al+pl），在勘探深度3.0m內(nèi)，巖性為低液限粉土，土黃色，稍濕～濕，稍密，干強(qiáng)度低，手捻有砂粒，無(wú)韌性，捻面有光澤。天然含水率5.4%～9.5%，天然密度 1.70～1.85g/cm3，比重 2.70，液限27.1%，塑限18.0%，塑性指數(shù)9.1，輕型動(dòng)探錘擊數(shù)14～25擊，粘聚力18kPa左右，內(nèi)摩擦角25.0°左右，滲透系數(shù)3.0×10-5cm/s。承載力值110kPa，壓縮模量6.0MPa。無(wú)濕陷性，屬凍脹性土，弱透水性。

渠道地下水埋深大于5.0m。

依據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL23—2006）要求，分別選取渠道的陰面、陽(yáng)面和底面為計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算各點(diǎn)設(shè)計(jì)凍深，然后根據(jù)地下水埋深，以及渠線走向，分別進(jìn)行抗凍脹計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，陰面、陽(yáng)面和底面的設(shè)計(jì)凍深分別為：

渠道基礎(chǔ)下的凍脹量hf=2.19cm，2cm＜hf＜5cm，故渠基土的凍脹級(jí)別為Ⅱ級(jí)，根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23—2006中4.2.3條，梯形混凝土襯砌渠道的允許凍脹量為0.5cm～1cm。而渠道凍脹量hf為2.19，需要對(duì)渠道渠基凍脹土進(jìn)行置換設(shè)計(jì)。

置換深度Ze=εZd-δ0

式中，Ze——置換深度，（cm）；

Zd——設(shè)計(jì)凍深，（cm）；

ε——置換比（%），結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)參照規(guī)范5.1.5選取；

δ0——襯砌板厚度，砼板厚6cm。

其置換深度見(jiàn)表4。

對(duì)額敏縣大型灌區(qū)渠道（已改造）凍脹破壞情況進(jìn)行調(diào)查與分析，墊層設(shè)30cm不會(huì)發(fā)生凍脹破壞。同時(shí)，對(duì)額敏縣已建工程也進(jìn)行了調(diào)查，砼護(hù)坡墊層為30cm，均未發(fā)生凍脹破壞。

根據(jù)計(jì)算復(fù)核結(jié)果，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)已建渠道的經(jīng)驗(yàn)，支渠渠道抗凍脹處理采取置換措施，具體設(shè)計(jì)如下：渠道渠底和兩側(cè)均設(shè)0.3m厚砂礫石墊層，砂礫石墊層中土粒d≤0.075mm，細(xì)顆粒含量≤10%。渠底砂礫石墊層中土粒d≤0.075mm，細(xì)顆粒含量≤10%。

3.2 分水閘設(shè)計(jì)

本次共改造分水閘6座，分水閘由上游扭面段、閘室段、下游扭面段組成。

上游渠道分水閘由7m長(zhǎng)的細(xì)粒砼砌石扭面連接，扭面始端設(shè)0.3m厚、1.0m深的C20F200砼齒墻，扭面底板為0.30m厚的C20F200細(xì)粒砼砌石，底板下設(shè)0.30m厚的砂礫石墊層。分水閘分水角90°，閘室為分離式砼結(jié)構(gòu)，閘底板長(zhǎng)2.0m、厚0.8m，閘室底板下設(shè)0.30m厚的砂礫石墊層。閘后設(shè)4.0m長(zhǎng)細(xì)粒砼砌石扭面與下游渠道連接。

3.3 農(nóng)橋設(shè)計(jì)

本工程農(nóng)橋共計(jì)6座，農(nóng)橋設(shè)計(jì)安全等級(jí)為三級(jí)。橋凈寬5.4m，橋板采用0.35m厚，1.0m寬的C20鋼筋砼預(yù)制板，橋面設(shè)0.06m～0.12m厚的C20砼鋪裝層，并設(shè)寬0.3m，高0.3m的路沿石。橋墩采用C20砼重力式擋土墻型式。農(nóng)橋設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)額敏縣闊什比克良種場(chǎng)小型農(nóng)田水利工程建設(shè)項(xiàng)目，可將灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)從現(xiàn)狀的0.43提高到0.495，可以使現(xiàn)有0.932萬(wàn)畝耕地得到充分灌溉，且年節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水57.06×104m3。陜西水利