第六師軍戶灌區(qū)節(jié)水配套改造項目實施方案淺析

郝偉民

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

1 項目背景

1.1 項目區(qū)概況

第六師軍戶灌區(qū)地處昌吉市境內(nèi)，屬兵團第六師管轄，灌區(qū)位于三屯河流域，面積約為140 km2，地勢南高北低，平均坡降為15.1‰，東西向無較大起伏。三屯河源于天格爾山南麓，全長227 km，年平均徑流量34552萬m3。為避免大量滲漏，充分利用水源，先后于1986年和2014年修建了三屯河水庫、努爾加水庫，通過聯(lián)合調(diào)度對徑流進行跨年調(diào)節(jié)。軍戶灌區(qū)自努爾加水庫引水，多年平均引水量為4546.97萬m3。

2 農(nóng)場水利工程現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)有工程

軍戶灌區(qū)無獨立蓄水工程，地表水引自努爾加水庫。努爾加水庫位于三屯河水庫下游17 km、距三屯河出山口約4 km處，其與三屯河水庫聯(lián)合調(diào)度，對徑流進行跨年調(diào)節(jié)，改善供用水不平衡的矛盾。努爾加水庫壩址以下1.3 km處及8.8 km處建有盤山干渠及西干渠兩座渠首，農(nóng)場灌溉用水通過兩座渠首引水。農(nóng)場干、支、斗渠合計166.07 km，其中干渠2條，分別為盤山干渠和軍戶干渠，總長31.37 km；支渠15條，總長44.19 km；斗渠43條，總長90.51 km。

2.2 存在問題

受歷史條件所限，灌區(qū)渠道修建時襯砌板下未設(shè)置塑膜，部分骨干渠道為土渠，由于年久失修，渠道破損嚴重、砼板坍塌脫落、滑坡隨處可見、無成型斷面，滲漏嚴重，渠道水利用系數(shù)低；灌區(qū)內(nèi)量水設(shè)施缺失，灌溉期采用沙袋擋水進行人工分水，水量調(diào)配缺乏時效性和精準性；部分渠道穿過村莊，渠線兩側(cè)未布設(shè)有效防護措施，存在安全隱患。

3 項目實施方案

3.1 水量平衡

灌區(qū)主要水源為三屯河河水，補充水源為地下水。三屯河河水經(jīng)盤山干渠渠首及西干渠渠首經(jīng)盤山干渠和軍戶干渠引入軍戶農(nóng)場，2017年引水量4959.71萬m3；地下水由機井抽取，2017年開采量435.93萬m3。規(guī)劃水平年2021年軍戶農(nóng)場用水總量控制目標為6208萬m3，其中地表水用水總量5867萬m3，地下水用水總量341萬m3。

軍戶農(nóng)場需水量包括居民生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水、工業(yè)用水及牲畜用水及第三產(chǎn)業(yè)用水，各水平年需水量計算統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 軍戶農(nóng)場各水平年需水量計算統(tǒng)計表 單位：萬m3

現(xiàn)狀年項目區(qū)總供水量等于總需水量5492.11萬m3，其中地表水供水量4959.71萬m3，小于軍戶農(nóng)場2017年可供給水量5888萬m3；地下水開采量435.93萬m3，大于軍戶農(nóng)場2017年可供給水量430萬m3，現(xiàn)狀年地下水過量開采。規(guī)劃水平年項目區(qū)總供水量等于總需水量5337.63萬m3，其中地表水供水量5176.61萬m3，小于可供給水量5867萬m3；地下水按需供給160.02萬m3，小于2021年地下水控制指標341萬m3。通過節(jié)水改造項目實施，可以有效提高水資源利用率，保障未來發(fā)展增加水量，進一步壓采地下水，保護區(qū)域生態(tài)。

3.2 工程布置

節(jié)水配套改造項目主要內(nèi)容為軍戶農(nóng)場干渠、支渠改造，其中干渠2條、支渠14條，渠道總長度43.17 km，設(shè)計流量為0.2 m3/s～2.0 m3/s，工程級別為5級，主要、次要和臨時建筑物均為5級，工程合理使用年限為30 a。

考慮到項目區(qū)渠道灌溉渠系已經(jīng)形成，經(jīng)多年使用可滿足灌溉要求，另選線新建渠道會增加林帶及耕地征占，增加工程投資，同時會增加土地擾動面積，加大項目區(qū)水土流失。經(jīng)現(xiàn)場踏勘并綜合農(nóng)場意見，防滲改建渠道均在原渠線進行，局部段落裁彎取直。

3.3 工程設(shè)計

3.3.1 橫斷面設(shè)計

渠道斷面選擇考慮渠床穩(wěn)定、渠道穩(wěn)定、滿足沖淤平衡條件、足夠的輸水能力、滿足過流條件、滲漏損失小、滿足節(jié)水要求、施工方便等。考慮項目區(qū)地形坡差、渠道縱坡和水流速較大，采用混凝土結(jié)構(gòu)的防滲效果好、使用年限長。橫斷面形式的選擇分別對設(shè)計流量≥1.0 m3/s和<1.0 m3/s進行方案比選[1]。

①設(shè)計流量≥1.0 m3/s的渠道為盤山干渠及三支渠。對現(xiàn)澆砼梯形斷面、預(yù)制砼梯形斷面和現(xiàn)澆砼梯弧形斷面進行對比分析，其橫斷面示意圖見圖1。其中方案一、方案三渠道底板采用10 cm厚C20現(xiàn)澆砼，邊板采用8 cm厚C20現(xiàn)澆砼；方案二渠道底板采用10 cm厚C20預(yù)制砼板，邊板采用8 cm厚C20預(yù)制砼板，預(yù)制板規(guī)格為40 cm×50 cm×8 cm(10 cm)。各方案砼抗凍等級為F200，抗?jié)B等級為W6，砼板下鋪設(shè)一布一膜，邊板膜下設(shè)8 cm厚保溫層。

(a)方案一(現(xiàn)澆梯形斷面)

(b)方案二(預(yù)制梯形斷面)

(c)方案三(現(xiàn)澆弧形底梯形斷面)

經(jīng)比對，方案三現(xiàn)澆弧形底梯形斷面水力條件略優(yōu)于其它兩個方案，弧形底方案有利于增強邊坡穩(wěn)定性，抗凍性能較梯形斷面好，但差距較小；投資方面，方案一與方案三持平，約為41萬元/km～43萬元/km，方案二投資為55.72萬元/km；施工方面方案一工藝簡單，施工質(zhì)量易控制，工期短；方案二工藝相對復(fù)雜，預(yù)制板生產(chǎn)及運輸過程中易破損，渠道板縫及伸縮縫較多；方案三工藝復(fù)雜，弧形底需要單獨制作弧形模版，對勞動力技術(shù)要求高。綜合各因素選定方案一。

②設(shè)計流量<1.0 m3/s的渠道，除上述盤山干渠及三支渠外，其余13條支渠設(shè)計流量為0.2 m3/s～0.6 m3/s，對裝配式預(yù)制鋼砼矩形斷面、預(yù)制U形斷面及預(yù)制梯形型斷面進行對比分析，其對比示意圖見圖2。其中方案一全斷面采用裝配式預(yù)制矩形渠槽，下設(shè)5 cm粗沙墊層；方案二全斷面采用整體預(yù)制U型斷面，板厚6 cm；方案三全斷面采用6 cm厚C20預(yù)制砼板，預(yù)制板規(guī)格為40 cm×50 cm×6 cm。各方案砼抗凍等級為F200，抗?jié)B等級為W6，砼板下鋪設(shè)一布一膜，邊板膜下設(shè)8 cm厚保溫層[2]。

(a)方案一(裝配式預(yù)制矩形鋼砼矩形斷面)

(b)方案二(預(yù)制U形斷面)

(c)方案三(預(yù)制梯形斷面)

經(jīng)比對，方案一及方案二在水力條件上明顯比方案三好，且能充分利用自身斷面形式防凍脹，方案三為預(yù)制板襯砌形式，接縫處理不當易造成凍脹破壞；投資方面，方案一為54.66萬元/km，投資較大，方案二為32.13萬元/km，方案三為48.22萬元/km。施工方面，方案一、二需要特殊模具進行預(yù)制，但可以明顯縮短渠道停水時間，且工程占地面積較小，方案二由于是U形斷面，坡地基礎(chǔ)壓實難以保證。綜合考慮臨近團場已實施情況，確定方案一。

3.3.2 沉沙池設(shè)計

軍戶灌區(qū)渠道泥沙含量較大，直接引水對渠道沖刷嚴重，干渠2+090處有1座沉沙池，經(jīng)多年運行沖刷破損嚴重，且沒有清沙通道，不利于維護。本次對其進行重建，沉沙池采用定期機械清沙式沉沙池。

沉沙池按單池布置，工作段長度140 m，底寬28 m，采用梯形斷面，開口寬40 m，池深4.0 m，縱坡0.714‰；進口連接段長度20 m，工作段長度140 m，出口連接段長度20 m，總長180 m；主要設(shè)施有進出口連接段，機車清沙通道。工作段首端高程771.77 m，末端高程771.67 m，設(shè)計水位773.97 m～773.87 m。沉沙池進出口段均采用兩側(cè)均勻擴散的對稱布置，池箱橫斷面為C25混凝土梯形斷面，厚度20 cm，沉沙池進出口設(shè)鋼筋砼結(jié)構(gòu)隔墻。各出池含沙量計算成果匯總見表2。

表2 出池含沙量計算成果表

由表2可以看出全沙出池沉降率為71.38%，粒徑大于0.125 mm的沉降率為90.36%，出池含沙量為0.134 kg/m3，沉沙池尺寸滿足設(shè)計要求。沉降運行至第1168時段即48.66 d時，全池沉降率為60.56%，粒徑大于0.125 mm的沉降率為85.07%，出池含沙量為1.57 kg/m3，沉沙池的淤積厚度為0.8863 m。根據(jù)三屯河近年實測資料，平均年洪水期累計28 d，可于每年冬灌結(jié)束后進行一次機械清沙。

3.3.3 量水設(shè)施、井控設(shè)施及管護設(shè)施

軍戶灌區(qū)渠系現(xiàn)有量水設(shè)施多為量水標尺，經(jīng)過多年運行磨損嚴重，本次在灌區(qū)內(nèi)118處計量點設(shè)置自動量測水設(shè)施，替代人工觀測，提高工作效率，其中干渠6處、支渠17處、斗渠95處。干渠采用雷達流量計，支、斗渠采用巴歇爾量水槽配套磁浮子式水位計。明渠雷達流量計安裝示意見圖3，巴歇爾量水槽與磁浮子式水位計安裝示意圖見圖4。

對灌區(qū)內(nèi)機電井配套“井電雙控”智能計量系統(tǒng)，在機井上安裝超聲波流量計，其具有適用各種水質(zhì)，抗堵塞、精度高、性價比高的優(yōu)點，確保流量監(jiān)測精準，為水資源管控提供可靠的用水數(shù)據(jù)。

灌區(qū)阿一支渠、阿二支渠、阿四支渠、阿五支渠及四支1分支渠局部段落穿過連隊，本次在渠道兩側(cè)增加隔離網(wǎng)及警示牌，以防人畜掉入渠內(nèi)，隔離網(wǎng)采用草綠色雙邊絲護欄，表面浸塑處理，材質(zhì)為Q235低碳冷拔鋼絲，絲徑為3 mm，網(wǎng)孔尺寸為90 mm×170 mm，單片尺寸為1.8 m高×3.0 m寬。

圖3 明渠雷達流量計安裝示意圖

圖4 巴歇爾量水槽與磁浮子式水位計安裝示意圖

4 結(jié)語

通過對軍戶灌區(qū)節(jié)水配套改造項目的實施，保證全區(qū)輸供水安全，提高灌區(qū)水資源利用效率。方案現(xiàn)狀年為2017年，規(guī)劃水平年為2021年，通過渠道防滲及渠系建筑物改造，減少渠道滲漏損失，項目實施可使軍戶灌區(qū)的渠系水利用系數(shù)由0.66提高至0.69、灌溉水利用系數(shù)從0.60提升至0.62，改善灌溉面積10.29萬畝，將規(guī)劃水平年水資源利用總量控制在“三條紅線”以內(nèi)，對保障農(nóng)場灌溉用水、壓采區(qū)域地下水、保證流域正常生態(tài)水量，改善農(nóng)場環(huán)境起到了重要作用。