新疆瑪納斯河灌區(qū)節(jié)水改造現(xiàn)狀及對(duì)策

王 芳

（新疆瑪納斯河流域管理局,新疆 石河子 832000）

0 引言

灌區(qū)是我國(guó)糧食生產(chǎn)的重要組成部分,然而,由于農(nóng)業(yè)用水量大但利用效率較低,造成了農(nóng)業(yè)節(jié)水和用水的統(tǒng)籌工作與灌區(qū)設(shè)施良性運(yùn)轉(zhuǎn)之間的矛盾尖銳[1-3]。雖然經(jīng)過(guò)多年的投入,灌區(qū)水利工程不斷增多,但是由于水利工程配套不全,節(jié)水措施落后,加之部分水利工程年久失修,灌區(qū)的灌排骨干工程亟需配套完善和節(jié)水改造[4-5],從而提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力,保障國(guó)家糧食安全。

1 工程概況

1.1 灌區(qū)概況

新疆維吾爾瑪納斯河灌區(qū)年灌溉用水量16 億m3,是全國(guó)特大型灌區(qū)之一?，敽涌纤雇咛厮恼?954 年~2007 年共54 年（其中1954 年、1955 年為插補(bǔ)值）連續(xù)的徑流資料,見(jiàn)表1,徑流多年平均月分配情況見(jiàn)圖1。

圖1 瑪河流域水系、水文站網(wǎng)及本工程位置示意圖

表1 瑪河各水文站基本情況表

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

瑪納斯河肯斯瓦特以南的依連哈比爾尕山中高山區(qū)為地表水、地下水的產(chǎn)流區(qū),礦化度較低,一般小于0.5 g/L?，敿{斯河為流域內(nèi)最低洼處,是區(qū)域地下水匯集排泄通道,受紅山嘴第三系低山阻礙,地下水自石灰窯村附近開(kāi)始以下降泉水形式補(bǔ)給瑪河,泉水總量大于6000 萬(wàn)m3/a。

瑪納斯河的地表水資源灌區(qū)可以使用,每年的徑流量可以達(dá)到13.16 億m3,灌區(qū)地下水天然補(bǔ)給量0.65 億m3/a。灌區(qū)水資源總量為紅山嘴地表徑流量和灌區(qū)地下水天然補(bǔ)給量之和,為13.81 億m3。

土地面積為1.98 萬(wàn)km2的瑪河流域的耕地類(lèi)型主要是灌耕灰漠土和潮土,這兩種土質(zhì)可以使農(nóng)作物快速生長(zhǎng)。地下水位受長(zhǎng)期灌溉的影響一般較高,1 m~3 m之間的占灌區(qū)總面積的52%。園林地分為天然野生林和人工園林兩部分。天然林地主要是天山山區(qū)的喬木林為主,人工林地主要分布在灌區(qū)及沙漠邊緣,以楊樹(shù)、柳樹(shù)、沙棗、榆樹(shù)等組成瑪河灌區(qū)的農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng),總面積約45.6 萬(wàn)畝,在綠洲生態(tài)環(huán)境中起主導(dǎo)作用。牧草地主要是荒漠草場(chǎng),自然植被稀少,品種單一,可食性牧草不多。根據(jù)土壤鹽漬化、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、土層厚度、地下水埋深、沙化程度及水源狀況綜合分析,質(zhì)量較好的可墾荒地約169.4 萬(wàn)畝,分布多不連片。

2 灌區(qū)節(jié)水改造現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

2.1 東岸大渠改建段現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

（1）基本情況

東岸大渠渠道流經(jīng)了許多的電站、鐵路以及國(guó)道,每年的徑流量達(dá)到9.4 億m3。此兩段渠道現(xiàn)狀均運(yùn)行良好。

（2）改造后的渠道出現(xiàn)的問(wèn)題。

如圖2所示,渠道經(jīng)改造后存在著三個(gè)主要問(wèn)題。一是渠道使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng),在整個(gè)渠道中有許多地方出現(xiàn)了干砌石剝落現(xiàn)象。二是渠道底板經(jīng)歷額水流的沖刷變得凹凸不平,渠道兩邊也有生長(zhǎng)雜草。三是經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)8+030.71~8+855.1 段渠道高度不符合設(shè)計(jì)要求,會(huì)阻礙渠道正常運(yùn)行。

圖2 改造完成的段落

2.2 東岸大渠8 km過(guò)河涵洞現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

涵洞利用漿砌石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了2 孔拱形的斷面形式,整個(gè)涵洞的尺寸為2.5 m高、2.7 m寬。如圖3 所示,整個(gè)涵洞全長(zhǎng)大約為670 m,且兩段涵洞之間間隔127 m,建設(shè)明渠使兩段涵洞相連接。現(xiàn)在距離涵洞建成的時(shí)間已經(jīng)約有50 年了,這么長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行使得涵洞存在許多的問(wèn)題,如渠道淤泥堆積、卵石松動(dòng)等現(xiàn)象。在涵洞建成時(shí)的水流量為23 m3/s,現(xiàn)在卻只有8 m3/s~9 m3/s,水流量大幅度降低。

圖3 過(guò)河涵洞跨瑪河進(jìn)口現(xiàn)狀

雖然針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象采取將頭浮渠引水口更改為瑪河三級(jí)電站跨河渡槽引水的方案,但是不能滿(mǎn)足人民的供水需求。而且涵洞橫跨瑪納斯河的那段涵洞,其頂部以及被沖垮,河床也出現(xiàn)了陡坎,如果今后還沒(méi)有解決方案,那么陡坎的深度還會(huì)不斷增加,那么渠道的危險(xiǎn)性也將會(huì)增加。

3 灌區(qū)節(jié)水改造對(duì)策分析

本工程建設(shè)主要目標(biāo)：（1）通過(guò)改建8+030.71~8+855.1段東岸大渠,使東岸大渠的渠道水利用系數(shù)由0.920 提高到0.922。（2）保證東岸大渠8 km的過(guò)河涵洞改造后,運(yùn)行安全。

3.1 改建段下游渠道的斷面設(shè)計(jì)

8+900~9+910 段于2009 年改造完成。渠底及弧形坡角采用漿砌石砌筑,厚30 cm,邊坡直接在現(xiàn)有的干砌石護(hù)坡上現(xiàn)澆12 cm~15 cm厚混凝土,渠底及弧底在現(xiàn)有的干砌石上用C20 細(xì)礫混凝土砌筑30 cm厚的漿砌石。此段渠道現(xiàn)狀運(yùn)行良好。

渠道橫斷面設(shè)計(jì)和渠道參數(shù)選取從施工考慮,涵洞優(yōu)于渡槽。經(jīng)綜合比較,本階段推薦方案如下,即引水起點(diǎn)位于東岸大渠8+900 節(jié)制分水閘處,終點(diǎn)為瑪河西岸的石河子總干渠。方案平面布置見(jiàn)圖4。

圖4 線路選擇平面示意圖

3.2 實(shí)施方案階段渡槽方案線路的調(diào)整

渡槽可以選擇鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)兩種形式,具體設(shè)計(jì)如下：

方案一：鋼渡槽方案

渡槽采用梁式簡(jiǎn)支鋼桁架型式,渡槽槽身長(zhǎng)350 m,每跨20 m,計(jì)17 跨。槽身比降為0.00157。槽身采用矩形斷面結(jié)構(gòu),槽底寬4.0 m,槽身高2.3 m。

鋼桁架跨度20 m,底寬3.5 m,高度2.3 m,桁架節(jié)點(diǎn)間距為2.5 m。腹桿采用三角式體系,分別為直腹桿、斜腹桿組成。鋼桁架下部梁格結(jié)構(gòu)由縱向次梁、橫向次梁組成,縱向次梁間距0.7 m,橫向次梁間距0.5 m。

渡槽兩端支承墩采用重力槽墩,墩身按1∶0.4放坡。渡槽跨中與支撐連接處設(shè)槽座,槽座厚0.9 m,寬1.3 m,采用C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。槽座下設(shè)兩個(gè)間距1.05 m,直徑0.8 m的灌注樁,灌注樁長(zhǎng)度10 m~15 m不等。

方案二：鋼筋混凝土渡槽

渡槽采用簡(jiǎn)支梁型式,渡槽每隔2.5 m設(shè)一個(gè)拉桿及肋板,拉桿尺寸為0.2 m×0.2 m,肋板寬0.2 m,厚0.3 m。渡槽所有結(jié)構(gòu)均采用C30 F300 W6 鋼筋混凝土。邊跨的支撐方式分別采用重力墩支撐和灌注樁支撐,其余跨均采用灌注樁支撐形式。重力邊墩斜坡向下逐漸擴(kuò)大,坡比1∶0.4,墩高4.2 m,設(shè)前后趾,前后趾寬50 cm,厚50 cm,底寬3.4 m。墩帽高80 cm。重力邊墩墩帽采用C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其余部分采用C20 素混凝土填筑。渡槽與支撐連接處設(shè)槽座,槽座厚0.9 m,寬1.5 m。槽座下設(shè)兩個(gè)間距1.3 m,直徑1.0 m的灌注樁,灌注樁長(zhǎng)度10 m~15 m不等。

鋼結(jié)構(gòu)渡槽的優(yōu)點(diǎn)：鋼具有良好的抗震性,穩(wěn)定性也高,并且在鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品較多,有許多相同結(jié)構(gòu)的能夠相互拼裝形成密封結(jié)構(gòu)。在一年四季都能夠進(jìn)行施工,不影響施工期限。使用這個(gè)結(jié)構(gòu)渡槽對(duì)河道行洪的影響小。缺點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)容易被侵蝕,而且成本高,在運(yùn)行時(shí)也比較復(fù)雜。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)渡槽的優(yōu)點(diǎn)：有良好的耐久性,成本較低,能夠減少鋼的使用。缺點(diǎn)：容易出現(xiàn)裂痕,施工的工期更長(zhǎng),并且有季節(jié)限制,在冬季和雨季極大多數(shù)無(wú)法正常施工。故可根據(jù)實(shí)際情況選擇最優(yōu)的方案進(jìn)行結(jié)合和調(diào)整。

4 結(jié)論

綜上所述,目前新疆瑪納斯河基礎(chǔ)水利工程建設(shè)相比以前,有很大的提升,能夠更高效地預(yù)防各種自然災(zāi)害,減少自然災(zāi)害帶來(lái)的影響,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。雖然瑪納斯河的灌溉區(qū)已經(jīng)逐步全面現(xiàn)代化了,讓我國(guó)的自然環(huán)境得到改善,也能促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,但是在瑪納斯河灌溉區(qū)節(jié)水改造中,仍然存在許多問(wèn)題?；诖?在灌溉區(qū)節(jié)水改造過(guò)程中,應(yīng)該嚴(yán)格遵守國(guó)家頒布的相關(guān)法律,相關(guān)部門(mén)需要針對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題,采取解決措施,提升灌溉區(qū)的水資源的利用率,使農(nóng)業(yè)能夠快速發(fā)展,也能促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)。