照壁山鄉(xiāng)渠道更新改造工程方案探析

徐宜龍

(五家渠農(nóng)六師勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300）

0 前言

木壘哈薩克自治縣位于新疆維吾爾自治區(qū)天山東段北麓，位于昌吉回族自治州最東端，是一個以牧為主農(nóng)牧結(jié)合的牧業(yè)縣，下轄7鄉(xiāng)、4鎮(zhèn)和2個牧場，年灌溉面積38.05萬畝。照壁山鄉(xiāng)現(xiàn)有渠道17條，總長度55.62 km，其中已防滲渠道15條，長度53.87 km，未防滲渠道2條，長度1.75 km，渠道防滲率為96.85%。大多數(shù)已防滲渠道建設(shè)早于1998年，目前渠道位移變形、垮塌、滲漏等情況嚴(yán)重；部分渠道因修建時不規(guī)范等問題存在渠道斷面較小、渠道無壓頂板、渠道破損、渠板脫落、閘門缺失、破損等問題，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到正常運(yùn)行。渠道更新改造勢在必行，本文結(jié)合現(xiàn)狀及治理目標(biāo)，對其更新改造方案進(jìn)行分析。

1 治理目標(biāo)

根據(jù)地區(qū)水利發(fā)展規(guī)劃，本次渠道改造工程實施擬達(dá)到如下治理目標(biāo)：一是要提高照壁山鄉(xiāng)灌區(qū)水資源利用效率、減少資源浪費(fèi)、保障灌區(qū)灌溉用水需求，改善灌溉面積4.69萬畝；二是提升灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)，擬將地面灌溉灌溉水利用系數(shù)預(yù)計由原來的0.5提高到0.53，節(jié)水灌溉灌溉水利用系數(shù)由0.65提高到0.69；三是加強(qiáng)水利工程運(yùn)行管理，建成規(guī)范、科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的灌區(qū)末級渠系和量水網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到節(jié)水增效、改善生態(tài)環(huán)境的目的。

2 實施方案

2.1 渠線比選

依據(jù)項目區(qū)實際情況和木壘縣灌區(qū)多年渠道防滲經(jīng)驗分析，項目區(qū)目前為成熟的灌區(qū)，項目區(qū)內(nèi)田、林、路、渠配套成型，渠線附近大多無可利用空地。且照壁山鄉(xiāng)多年實施渠道防滲均為采取老渠線渠道防滲改造，利用非灌溉期間施工，技術(shù)較為成熟，且渠道施工質(zhì)量有保證。因此本次項目渠線選取在老渠線基礎(chǔ)上進(jìn)行防滲改建，經(jīng)濟(jì)合理，也可避免破壞原有農(nóng)田的格局。

2.2 渠道斷面結(jié)構(gòu)型式的選擇

照壁山鄉(xiāng)灌區(qū)更新改造渠道流量偏小，均≤2 m3/s，該流量下，渠道橫斷面常選用梯形斷面或矩形斷面。根據(jù)實際工況，選取典型渠段縱坡為20‰，選取設(shè)計流量為1.0 m3/s，加大流量為1.3 m3/s，兩種水力計算參數(shù)及斷面結(jié)構(gòu)如下：

a.矩形渠，計算結(jié)果見表1，矩形渠道橫斷面圖見圖1。

表1 矩形渠道水力計算表

圖1 矩形渠道橫斷面圖

b.梯形渠，計算結(jié)果見表2，梯形渠道橫斷面圖見圖2。

圖2 梯形渠道橫斷面圖

表2 梯形渠道水力計算表

矩形渠道占地小，但其投資較高；梯形渠道占地面積較大，但投資較低。針對項目區(qū)實際情況，絕大部分采取梯形渠道，在部分沿山而建的干支渠上，為減少修渠鑿山成本，局部采用矩形現(xiàn)澆砼渠。

2.3 襯砌防滲方案選擇

a.現(xiàn)澆砼渠砼板襯砌

優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)較高，防滲效果好，斷面和占地面積較小，工程耐久性較高，斷面整體性好、結(jié)構(gòu)性強(qiáng),有利于工程安全與方便管理。缺點(diǎn)是現(xiàn)澆砼量大，工期長，在較短時間內(nèi)施工難度較大。

b.預(yù)制砼渠砼板襯砌

優(yōu)點(diǎn)是可有效安排工期，在灌溉期集中預(yù)制砼板，在停灌期進(jìn)行施工。預(yù)制板采用工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，適應(yīng)變形強(qiáng)，便于維修。缺點(diǎn)是預(yù)制砼板安裝專業(yè)化程度高，工序復(fù)雜，造價較高。

兩種方案防滲在渠道防沖、防淤和耐久性，和加大輸水能力、提高水的利用率方面均有較好表現(xiàn)。根據(jù)實際情況，絕大部

分采用現(xiàn)澆砼渠，部分渠段根據(jù)需要采用預(yù)制砼渠[1]。

3 工程設(shè)計

3.1 主要建設(shè)內(nèi)容和工程級別

照壁山鄉(xiāng)項目區(qū)擬建渠道4條，總長14.53 km,渠系建筑物68座，其中:干渠1條，長5.07 km，渠系建筑物26座；支渠1條，長7.62 km，渠系建筑物20座；斗渠2條，總長1.84 km，渠系建筑物22座。干渠設(shè)計流量1.2 m3/s，支渠設(shè)計流量0.4 m3/s～0.8 m3/s。斗渠設(shè)計流量0.3 m3/s～0.5 m3/s。渠道工程級別為5級，渠系建筑物工程級別為5級。

3.2 主體工程設(shè)計

3.2.1 渠道流量計算

根據(jù)規(guī)范，灌溉水利用系數(shù)等于渠系水利用系數(shù)與田間水利用系數(shù)的乘積，工程建設(shè)后項目區(qū)的灌溉水利用系數(shù)見表3。項目區(qū)干支渠均為續(xù)灌渠道，灌溉流量按續(xù)灌公式計算：Q灌=面積×灌水率/灌溉水利用系數(shù)，計算結(jié)果見表4。

表3 擬建干支渠至田間灌溉水利用系數(shù)統(tǒng)計表

表4 更新改造干、支渠流量計算表

3.2.2 渠道水利因素的確定

項目區(qū)渠道縱坡一般在20‰左右，本次改建大多在原縱坡上進(jìn)行，僅對部分土渠段進(jìn)行微調(diào)整，以保證渠道滿足不淤流速。設(shè)計中，現(xiàn)澆砼渠糙率取0.016，預(yù)制砼渠糙率取0.017。其中，破城子噴灌引水渠由于兩側(cè)山體、耕地限制，內(nèi)、外邊坡系數(shù)均取m=1.25；南閘支渠內(nèi)、外邊坡系數(shù)均取m=1.5，梯形斗渠內(nèi)外邊坡系數(shù)均取m=1.25。梯形及矩形渠道渠堤寬度均定為1.0 m，部分段現(xiàn)狀堤頂寬度大于1 m，按現(xiàn)狀寬度設(shè)計。

3.2.3 防凍脹設(shè)計

項目區(qū)最冷月（1月）的平均氣溫為-11.2℃，小于-10℃，屬嚴(yán)寒地區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.5 m，大于0.1 m，需進(jìn)行抗凍脹設(shè)計。設(shè)計凍深計算表見表5，凍脹量計算表見表6。該土屬于Ⅲ級凍脹，需設(shè)置非凍脹性土置換層防止凍脹對工程的破壞，斗渠墊層置換量表見表7。根據(jù)木壘縣灌區(qū)已實施的渠道抗凍工程措施經(jīng)驗，底部30 cm砂礫石，邊坡30 cm砂礫石即滿足渠道抗凍脹要求[2]。

表5 設(shè)計凍深計算表

表6 凍脹量計算表

表7 斗渠墊層置換量表

3.2.4 不沖不淤流速

根據(jù)規(guī)范，現(xiàn)澆鋪砌施工的渠道允許不沖流速為小于3 m/s～5 m/s，預(yù)制鋪砌施工的渠道允許不沖流速為小于2.5 m/s。根據(jù)渠道水力要素表可知，照壁山鄉(xiāng)渠線縱坡較大，渠道設(shè)計流速在1 m/s～3 m/s范圍內(nèi)，部分渠道流速達(dá)到4 m/s～5 m/s。

綜上，本次設(shè)計不沖流速現(xiàn)澆砼渠按3.5 m/s進(jìn)行控制，預(yù)制砼渠按2.5 m/s進(jìn)行控制，對于縱坡不滿足不沖流速的渠道，本次設(shè)計中一方面采取漿砌石渠底增加抗沖刷能力，另一方面設(shè)置陡坡和跌水以降低渠道流速，減少沖刷。

根據(jù)《水力計算手冊》可知，渠道不淤流速經(jīng)驗公式為V不淤=CR1/2，本渠道泥沙性質(zhì)偏粗砂質(zhì)粘土，C取為0.77。渠道不淤流速復(fù)核表見表8。

表8 渠道不淤流速復(fù)核表

4 結(jié)語

照壁山鄉(xiāng)渠道更新改造工程項目的實施，可以有效改善控制灌溉面積4.69萬畝，使照壁山鄉(xiāng)年節(jié)約水量96.04萬m3。通過灌溉增產(chǎn)增收，達(dá)到正常運(yùn)行期后經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)273.22萬元。項目的實施有效地提高了水的利用率，改善了灌區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉條件，增加農(nóng)民收入，還有有效地完善和提升了全鄉(xiāng)水利工程運(yùn)行管理能力，為灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造良好條件。