察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程設(shè)計(jì)方案探討

陳夫超

(新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 伊犁 835000)

1 察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程建設(shè)必要性分析

近年來(lái)，新疆察布查爾縣灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)取得較為快速的發(fā)展，但從察布查爾縣灌區(qū)所處的地勢(shì)結(jié)構(gòu)來(lái)看，縣域內(nèi)存在著較大的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，從歷年降水分布特點(diǎn)和降水量來(lái)看，察布查爾縣多年平均降水量為383.4 mm，且降水主要集中在4-8月，此階段降水量占到全年降水總量的50%以上。再加上察布查爾縣境內(nèi)有60余條山洪沖溝流水，洪水在上游匯集，較容易泄入下游灌區(qū)之中，引發(fā)嚴(yán)重洪水災(zāi)害，尤其是在每年的4-8月，受降水量增多影響，也使得洪水災(zāi)害發(fā)生概率增大。因此，察布查爾縣灌區(qū)必須加強(qiáng)防洪工程建設(shè)，將洪水有效引入到伊犁河之中，從而保障察布查爾縣灌區(qū)的安全，使區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)得到更好的發(fā)展。察布查爾縣北部為自流灌區(qū)，凈灌面積107.99萬(wàn)畝；南部為揚(yáng)水灌區(qū)，凈灌面積75.6萬(wàn)畝。在察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程的設(shè)計(jì)中，要綜合考慮灌區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)布置、既往排洪設(shè)施等，對(duì)灌區(qū)排洪渠工程進(jìn)行有效布置。在本次排洪渠工程建設(shè)方案布置中，主要在南岸干渠自流灌區(qū)規(guī)劃1～5#排洪渠，排洪渠全長(zhǎng)75.069 km，工程總占地5 002畝，其中1 008畝屬于對(duì)既往溝道的應(yīng)用，新增占地3 994畝。

2 灌區(qū)排洪渠工程設(shè)計(jì)方案分析

排洪渠設(shè)計(jì)施工是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，在設(shè)計(jì)之前對(duì)察布查爾縣灌區(qū)排洪情況做詳細(xì)了解，從中發(fā)現(xiàn)：該區(qū)域在完成南岸干渠施工建設(shè)之后，洪水顯得更為集中，自流灌區(qū)縱坡較大基本在1/30～1/80，下游大河灌區(qū)縱坡較緩1/500～1/2 000，上游攜帶大量的泥沙，基本淤積在南岸干渠下游5 km處。因此，在此次針對(duì)察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程的設(shè)計(jì)中，可將泥沙的淤積問(wèn)題作為重點(diǎn)考慮內(nèi)容。

2.1 設(shè)計(jì)泥沙淤積處理方案

上游洪水中含有的大量泥沙，如果直接將之引入到伊犁河，必然會(huì)對(duì)伊犁河的水生態(tài)環(huán)境造成影響。同時(shí)洪水中泥沙淤積在排洪渠道之中，也會(huì)對(duì)排洪渠的性能造成影響，因此在此次排洪渠工程設(shè)計(jì)中，主要將其聚集在南岸干渠自流灌區(qū)，并對(duì)之采取有效的除淤措施。設(shè)計(jì)具體方案為：利用自然溝道沉砂，在現(xiàn)有的自然溝道兩側(cè)護(hù)堤，通過(guò)擴(kuò)大橫斷面，利用低洼地帶的天然地形修筑圍堤，降低流速，利用天然河床進(jìn)行沉砂，為使泥沙的淤積比較均勻，一般多采用棱形布置，洪水出南岸干渠涵洞口擴(kuò)散，將泥沙沉積在南岸干渠自流灌區(qū)，這樣就不需要每年進(jìn)行清淤，減少各類(lèi)開(kāi)支。在上游種樹(shù)、種草等生物措施相結(jié)合等方式。再配套挖掘機(jī)，鏟車(chē)，用于每年泥沙淤積的清理以及沖刷斷面的修復(fù)。

2.2 排洪渠流量設(shè)計(jì)

在排洪渠防洪工程設(shè)計(jì)中，流量設(shè)計(jì)屬于十分重要的組成部分，需依據(jù)以往出現(xiàn)的洪水流量大小，計(jì)算每個(gè)排洪渠應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的泄洪流量，確保排洪渠的流量滿足引洪要求，從而形成對(duì)灌區(qū)作物、建筑的有效保護(hù)。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮到退水渠、排水渠以及沿程滲漏損失等因素的影響，確保排洪渠流量設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

如：沿程滲漏損失，會(huì)使得洪水流量出現(xiàn)一定的降低，為此可依據(jù)依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288—99)對(duì)排洪渠沿程滲漏損失流量展開(kāi)計(jì)算，計(jì)算公式如下所示：

σ=K/Qm

(1)

式中：σ表示渠道單位長(zhǎng)度水量損失率(%/km)；K表示的是土壤透水性系數(shù)；m表示的是土壤透水性指數(shù)；Q表示的是渠道凈設(shè)計(jì)流量(m3/s)

以其中3#排洪溝作為研究對(duì)象，分別對(duì)其樁號(hào)0+000～5+000段(砂礫石基礎(chǔ))和5+000～12+634段(低液限粉土基礎(chǔ))的渠道單位長(zhǎng)度水量損失展開(kāi)計(jì)算，從表2計(jì)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看，樁號(hào)0+000～5+000段和5+000～12+634段渠道每公里損失流量分別為0.15 m3和0.04 m3。由此可看出，洪水損失量相對(duì)較小，對(duì)整體造成的影響不大，因此在此次工程項(xiàng)目中針對(duì)排洪渠的流量展開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí)，可不考慮這方面的影響，對(duì)排洪溝的流量不做分段衰減計(jì)算。

表1 3#排洪溝流量損失計(jì)算

2.3 明確河床的穩(wěn)定寬度

在南岸干渠自流灌區(qū)自然河床和排洪渠相連接時(shí)，在設(shè)計(jì)排洪渠的底部寬度時(shí)，應(yīng)注意依照河床的穩(wěn)定寬度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)取值，同時(shí)對(duì)河床的穩(wěn)定寬度做出明確，這對(duì)于充分發(fā)揮排洪渠作用，對(duì)沿岸作物進(jìn)行保護(hù)有著較為積極的意義。值得注意的是，在進(jìn)行河道整治的過(guò)程中，不能讓河道穩(wěn)定寬度過(guò)窄，這較容易使水流量增大，形成對(duì)兩岸堤防的沖刷。穩(wěn)定河寬與造床流量及比降的關(guān)系為公式(2)：

B=AQ0.5/J0.2

(2)

公式中B表示的是穩(wěn)定河床寬度(m)；Q表示的是造床流量；J表示的是河床比降，取該段河床平均比降；A表示的河流特性系數(shù)，本工程取2.5。經(jīng)計(jì)算此次各渠道的穩(wěn)定河床寬度如表2所示：

表2 各渠道的穩(wěn)定河床寬度計(jì)算表

2.4 護(hù)砌段堤身橫斷面設(shè)計(jì)

2.5 基礎(chǔ)抗凍脹設(shè)計(jì)

察布查爾縣灌區(qū)的年平均氣溫為7.1℃，每年最低氣溫在-6.0℃以下，遭遇極端性天氣時(shí)，最低氣溫可達(dá)到-28℃以下，區(qū)域內(nèi)冬季平均積雪深度約65 cm，最大凍土深度為1.08 m，較為惡劣天氣環(huán)境，使得此次針對(duì)排洪渠工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮到基礎(chǔ)的抗凍脹性能，避免凍脹損害排洪渠設(shè)施，使之難以發(fā)揮出相應(yīng)的性能。

依據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，當(dāng)渠道防滲工程所處的環(huán)境滿足以下一些條件時(shí)，應(yīng)對(duì)之進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗凍脹設(shè)計(jì)：(1)土質(zhì)情況。如果渠道基礎(chǔ)工程土質(zhì)中含有較多粒徑<0.075 mm的土粒，其比重占到整體的10%以上；(2)凍深狀況。如果渠道基礎(chǔ)工程的標(biāo)準(zhǔn)凍深大于0.1 m；(3)含水情況。如果在發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象的初始化階段，其中含水量>0.9倍塑限含水量。在同時(shí)滿足上述三個(gè)條件的情況下，應(yīng)考慮渠道基礎(chǔ)工程做抗凍脹設(shè)計(jì)。

結(jié)合本次工程地質(zhì)勘測(cè)條件進(jìn)行分析，其中堤防工程基礎(chǔ)部分處于河床礫卵石層，該土層屬于非凍脹性土層，因此可部隊(duì)之進(jìn)行抗凍脹設(shè)計(jì)；而在基礎(chǔ)以上的護(hù)坡部位，地質(zhì)勘測(cè)土壤以粉土或含礫土層為主，具有較強(qiáng)的凍脹特性，再加上較容易受到水浸泡作用，土壤含水量相對(duì)較高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)之做專(zhuān)門(mén)的防凍脹設(shè)計(jì)。此外，考慮到本工程項(xiàng)目區(qū)已經(jīng)實(shí)施的工程，因此本工程砂礫石防凍墊層厚度均取0.45 m，墊層用砂礫料選用級(jí)配良好的天然料，要求粒徑在0.1～50 mm之間，小于0.075 mm的粘料含量不得超過(guò)總土重量的10%，砂礫料墊層需分層碾壓，壓實(shí)后砂礫石相對(duì)密度大于0.75。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，排洪渠工程設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，在對(duì)之進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮各方面的影響因素，對(duì)排洪渠流量、河床的穩(wěn)定寬度、護(hù)砌段堤身橫斷面、基礎(chǔ)抗凍脹等展開(kāi)設(shè)計(jì)，確保排洪渠工程的整體性能達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。