照壁山鄉渠道更新改造工程方案探析

徐宜龍

(五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，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，是一個以牧為主農牧結合的牧業縣，下轄7鄉、4鎮和2個牧場，年灌溉面積38.05萬畝。照壁山鄉現有渠道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%。大多數已防滲渠道建設早于1998年，目前渠道位移變形、垮塌、滲漏等情況嚴重；部分渠道因修建時不規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，已經嚴重威脅到正常運行。渠道更新改造勢在必行，本文結合現狀及治理目標，對其更新改造方案進行分析。

1 治理目標

根據地區水利發展規劃，本次渠道改造工程實施擬達到如下治理目標：一是要提高照壁山鄉灌區水資源利用效率、減少資源浪費、保障灌區灌溉用水需求，改善灌溉面積4.69萬畝；二是提升灌區灌溉水利用系數，擬將地面灌溉灌溉水利用系數預計由原來的0.5提高到0.53，節水灌溉灌溉水利用系數由0.65提高到0.69；三是加強水利工程運行管理，建成規范、科學、合理、經濟的灌區末級渠系和量水網絡，以達到節水增效、改善生態環境的目的。

2 實施方案

2.1 渠線比選

依據項目區實際情況和木壘縣灌區多年渠道防滲經驗分析，項目區目前為成熟的灌區，項目區內田、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，技術較為成熟，且渠道施工質量有保證。因此本次項目渠線選取在老渠線基礎上進行防滲改建，經濟合理，也可避免破壞原有農田的格局。

2.2 渠道斷面結構型式的選擇

照壁山鄉灌區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。根據實際工況，選取典型渠段縱坡為20‰，選取設計流量為1.0 m3/s，加大流量為1.3 m3/s，兩種水力計算參數及斷面結構如下：

a.矩形渠，計算結果見表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，局部采用矩形現澆砼渠。

2.3 襯砌防滲方案選擇

a.現澆砼渠砼板襯砌

優點是標準較高，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、結構性強,有利于工程安全與方便管理。缺點是現澆砼量大，工期長，在較短時間內施工難度較大。

b.預制砼渠砼板襯砌

優點是可有效安排工期，在灌溉期集中預制砼板，在停灌期進行施工。預制板采用工廠化生產，質量可靠，適應變形強，便于維修。缺點是預制砼板安裝專業化程度高，工序復雜，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。根據實際情況，絕大部

分采用現澆砼渠，部分渠段根據需要采用預制砼渠[1]。

3 工程設計

3.1 主要建設內容和工程級別

照壁山鄉項目區擬建渠道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。干渠設計流量1.2 m3/s，支渠設計流量0.4 m3/s～0.8 m3/s。斗渠設計流量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 主體工程設計

3.2.1 渠道流量計算

根據規范，灌溉水利用系數等于渠系水利用系數與田間水利用系數的乘積，工程建設后項目區的灌溉水利用系數見表3。項目區干支渠均為續灌渠道，灌溉流量按續灌公式計算：Q灌=面積×灌水率/灌溉水利用系數，計算結果見表4。

表3 擬建干支渠至田間灌溉水利用系數統計表

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

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

3.2.3 防凍脹設計

項目區最冷月（1月）的平均氣溫為-11.2℃，小于-10℃，屬嚴寒地區。標準凍深為1.5 m，大于0.1 m，需進行抗凍脹設計。設計凍深計算表見表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。根據木壘縣灌區已實施的渠道抗凍工程措施經驗，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

根據規范，現澆鋪砌施工的渠道允許不沖流速為小于3 m/s～5 m/s，預制鋪砌施工的渠道允許不沖流速為小于2.5 m/s。根據渠道水力要素表可知，照壁山鄉渠線縱坡較大，渠道設計流速在1 m/s～3 m/s范圍內，部分渠道流速達到4 m/s～5 m/s。

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

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

表8 渠道不淤流速復核表

4 結語

照壁山鄉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，使照壁山鄉年節約水量96.04萬m3。通過灌溉增產增收，達到正常運行期后經濟效益可達273.22萬元。項目的實施有效地提高了水的利用率，改善了灌區的農業灌溉條件，增加農民收入，還有有效地完善和提升了全鄉水利工程運行管理能力，為灌區的經濟發展創造良好條件。