水磨河灌區(qū)渠道防凍設(shè)計(jì)及改造效益評(píng)價(jià)

朱茂勇

（新疆烏蘇市四棵樹(shù)河吉爾格勒德水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 烏蘇 833000）

0 引言

灌區(qū)建設(shè)可為當(dāng)?shù)靥峁┏渥愕乃矗纳凭用裆钣盟?、灌溉用水以及工業(yè)用水短缺的情況。隨著灌區(qū)的使用和用水需求的增長(zhǎng)，原有設(shè)施已難以滿足這些要求，因此，需要對(duì)灌區(qū)進(jìn)行改造。韓麗等[1]、張鳳枝等[2]分別以潘莊灌區(qū)、河南省灌區(qū)為例，對(duì)灌區(qū)改造建設(shè)的必要性進(jìn)行研究；薛麗[3]以友誼灌區(qū)為例，對(duì)黃旗閘工程的方案布置進(jìn)行研究；馮靚等[4]使用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)灌區(qū)改造效益進(jìn)行評(píng)價(jià)；司馬震[5]、郭珺[6]對(duì)渠道改造設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究；龔節(jié)衛(wèi)[7]以新疆農(nóng)牧灌區(qū)為例，對(duì)灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行研究；仵峰等[8]以實(shí)際灌區(qū)為例，對(duì)農(nóng)業(yè)水價(jià)控制進(jìn)行研究；李大銀[9]、蒲蕊等[10]分別以實(shí)際工程為例，對(duì)灌區(qū)改造工程效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合水磨河灌區(qū)改造工程，對(duì)灌區(qū)防凍脹設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)、生活環(huán)境、社會(huì)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

水磨河灌區(qū)位于阜康市城關(guān)鎮(zhèn)，屬于農(nóng)牧區(qū)，同時(shí)也是重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)。灌區(qū)水源穩(wěn)定可靠，土地資源及光熱資源豐富，適宜農(nóng)作物及瓜果蔬菜生長(zhǎng)；灌區(qū)控制灌溉面積8.7萬(wàn)畝，其中有效灌溉面積5.3萬(wàn)畝，棄耕面積3.4萬(wàn)畝，灌區(qū)內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量中低產(chǎn)田需要改良。灌區(qū)為地表水和地下水混合灌區(qū)，地表水灌溉面積7萬(wàn)畝，地下水灌溉面積1.7萬(wàn)畝。

2 工程布局及渠道防凍脹措施

2.1 項(xiàng)目總體布局

干渠起于紅山水庫(kù)放水洞，終于溝口村，全長(zhǎng)為6.851 km。干渠起點(diǎn)至下游500 m段為泄洪渠，末端設(shè)置有泄洪引水閘，泄洪閘泄水流量13.2 m3/s，引水閘引水流量5.0 m3/s。引水閘后布置水磨河干渠，干渠在1 km后的三級(jí)階地，沿線多為林地和旅游渡假村，至東西支渠分水閘口止，總長(zhǎng)6.851 km，改造長(zhǎng)度6.851 km。在干渠下游東西支渠分水口以下分為東支渠和西支渠，其中改造東支渠4.907 km，改造西支渠0.922 km。西支渠末端節(jié)制分水閘后又分成大西支渠和小西支渠，其中改造大西支渠長(zhǎng)2.485 km，改造小西支渠5.496 km，老渠道沿線均為耕地。在干渠下游的東支渠末端三叉口節(jié)制分水閘后向柳城子支渠分水，改建支渠長(zhǎng)2.011 km，老渠道沿線為耕地。

2.2 渠道防凍設(shè)計(jì)

水磨河干渠沿線基礎(chǔ)地層以砂礫石為主，不具有凍脹性。支渠以含礫低液限粉土為主，渠道需進(jìn)行抗凍脹設(shè)計(jì)。工程區(qū)內(nèi)最大凍土深度為1.5 m。平面布置上，東支渠和大小西支渠SN，西支渠和柳城子支渠EW。根據(jù)規(guī)范公式進(jìn)行支渠凍深計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1；渠道凍脹梁及凍脹級(jí)別見(jiàn)表2。

由表2可知，渠道凍脹量超出規(guī)范允許值，需要考慮工程措施抗凍脹。渠床置換厚度計(jì)算依據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23-2006公式5.1.5計(jì)算。

渠床置換深度計(jì)算公式:

式中:Ze為置換深度，cm；δ0為襯砌板厚度，cm；ε為置換比，%，可結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，進(jìn)行選取。

渠床置換深度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3計(jì)算結(jié)果均按最不利工況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果偏大，依據(jù)阜康水磨河灌區(qū)多年的渠道凍脹換填厚度經(jīng)驗(yàn)及歷年灌區(qū)實(shí)施的防凍脹層置換厚度，當(dāng)?shù)厍罁Q填厚度一般為0.4 m，并經(jīng)多年運(yùn)行無(wú)垮脹破壞跡象。故渠道防凍脹置換厚度取值依據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn):取梯形渠道厚度為40 cm，U型渠道為40 cm。

考慮到渠道防凍脹砂礫石運(yùn)距較遠(yuǎn)，采用苯板作為防凍脹措施與砂礫石進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較。

采用砂礫石做防凍脹層，砂礫石方量為1.33 m3/m，單價(jià)為73元／m3，防凍脹砂礫石投資為97元/m；采用苯板做為防凍脹層，苯板厚度取4 cm，苯板方量為0.18 m3/m，苯板單價(jià)為500元／m3，苯板投資為89元/m，由此可見(jiàn)采用苯板方案，投資低于砂礫石方案，但差距較小。而苯板施工較麻煩，對(duì)施工要求較高，且容易遭受鼠害。綜合考慮以上原因，各渠道防凍脹材料采用砂礫石防凍脹。

表1 支渠凍深計(jì)算結(jié)果表

表2 渠道凍脹梁及凍脹級(jí)別表

表3 渠床置換深度計(jì)算表

3 灌區(qū)改造效益評(píng)價(jià)

3.1 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

1）改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件

灌區(qū)渠道于20世紀(jì)70年代修建，為干砌卵石灌漿的單防渠道，未進(jìn)行完整的勘測(cè)設(shè)計(jì)工作，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，施工質(zhì)量較差，加之年久失修，渠道滲漏嚴(yán)重，灌溉保證率較低，據(jù)推算現(xiàn)狀年灌區(qū)保證灌溉面積僅為3.8萬(wàn)畝，灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展受到制約。工程改造后，恢復(fù)灌溉面積3.4萬(wàn)畝，改善灌溉面積5.3萬(wàn)畝，灌溉水利用系數(shù)由現(xiàn)狀年0.44提高到0.58，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到很好的改善。

2）新增農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力和產(chǎn)值

工程改造后，高效益的經(jīng)濟(jì)作物給農(nóng)民帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具體效益見(jiàn)表4。

表4 灌溉效益計(jì)算表

3.2 生態(tài)環(huán)境效益評(píng)價(jià)

工程改造后，改變了大水漫灌的問(wèn)題，不僅節(jié)約水量，而且改善了由于大水漫灌加劇土壤鹽堿化的問(wèn)題；解決了春秋兩季受旱用水得不到保證的問(wèn)題。工程改造后，可改善灌區(qū)灌溉條件，促進(jìn)灌區(qū)生物量的增長(zhǎng)，有利改善干旱荒漠型局地氣候；灌區(qū)耕地適時(shí)適量的灌溉勢(shì)必促使土壤向有利于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的土壤類型發(fā)展；水量得到有效的保證，使灌區(qū)內(nèi)通過(guò)其他渠道籌措資金規(guī)劃的水土保持項(xiàng)目逐步實(shí)施，林網(wǎng)建設(shè)加強(qiáng)，人工草場(chǎng)的建立，大力建造防風(fēng)林，培植沙生植被，防風(fēng)固沙，都將使植被覆蓋度大大提高，將會(huì)極大地改善和提高干旱半干旱的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；提高和改善目前的環(huán)境質(zhì)量，建立起一個(gè)較為完善的農(nóng)、牧、漁共同發(fā)展的生態(tài)環(huán)境；增加可調(diào)節(jié)供水量，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

3.3 社會(huì)效益評(píng)價(jià)

灌區(qū)改造完成后勢(shì)必為當(dāng)?shù)厝罕娫黾邮杖?，提高生活水平，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展；減免洪澇、旱、蟲(chóng)等自然災(zāi)害，增加農(nóng)牧業(yè)的產(chǎn)值，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于人心安定，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和民族團(tuán)結(jié)有著積極的貢獻(xiàn)。

3.4 國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

（1）基本參數(shù)的取值:價(jià)格采用影子價(jià)格；社會(huì)折現(xiàn)率按《規(guī)范》規(guī)定，采用8%；本工程項(xiàng)目計(jì)算期采用21年，其中建設(shè)期1年，生產(chǎn)期20年。

（2）費(fèi)用計(jì)算:固定資產(chǎn)投資國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是從國(guó)家整體角度出發(fā)，采用影子價(jià)格，來(lái)考察工程對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)，評(píng)價(jià)工程的經(jīng)濟(jì)合理性。按《規(guī)范》附錄E對(duì)項(xiàng)目國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)投資進(jìn)行簡(jiǎn)化調(diào)整，并剔除價(jià)差預(yù)備費(fèi)及工程概算中屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部轉(zhuǎn)移支付利息、稅金、計(jì)劃利潤(rùn)等，調(diào)整后的投資為1352.37萬(wàn)元；年運(yùn)行費(fèi)年運(yùn)行費(fèi)參照類似工程按投資的2.0%計(jì)。故此項(xiàng)目年運(yùn)行費(fèi)為1352.37×2.0%=27萬(wàn)元；流動(dòng)資金流動(dòng)資金取年運(yùn)行費(fèi)的2個(gè)月計(jì)，即4.51萬(wàn)元。

（3）調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的效益:工程實(shí)施后，灌區(qū)的灌溉保證率得到提高，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因此可以得到調(diào)整，調(diào)整后可帶來(lái)的效益約172萬(wàn)元。

（4）國(guó)民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià):經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為13.2%大于8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為524萬(wàn)元，效益費(fèi)用比為1.34，故本項(xiàng)目從國(guó)民經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看是經(jīng)濟(jì)合理的，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）以水磨河灌區(qū)改造工程為例，對(duì)灌區(qū)改造中支渠防凍方案進(jìn)行研究，提出采用砂礫石作為渠道防凍脹材料。

（2）從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境及國(guó)民經(jīng)濟(jì)效益4個(gè)方面進(jìn)行灌區(qū)改造效益評(píng)價(jià)。水磨河灌區(qū)改造完成后，可以有效改善當(dāng)?shù)毓喔葪l件，提升國(guó)民收入，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。