水磨河灌區渠道防凍設計及改造效益評價

朱茂勇

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

0 引言

灌區建設可為當地提供充足的水源，改善居民生活用水、灌溉用水以及工業用水短缺的情況。隨著灌區的使用和用水需求的增長，原有設施已難以滿足這些要求，因此，需要對灌區進行改造。韓麗等[1]、張鳳枝等[2]分別以潘莊灌區、河南省灌區為例，對灌區改造建設的必要性進行研究；薛麗[3]以友誼灌區為例，對黃旗閘工程的方案布置進行研究；馮靚等[4]使用模糊評價法對灌區改造效益進行評價；司馬震[5]、郭珺[6]對渠道改造設計方案進行研究；龔節衛[7]以新疆農牧灌區為例，對灌區規劃設計進行研究；仵峰等[8]以實際灌區為例，對農業水價控制進行研究；李大銀[9]、蒲蕊等[10]分別以實際工程為例，對灌區改造工程效益進行評價。在前人研究基礎上，結合水磨河灌區改造工程，對灌區防凍脹設計進行分析，并對其經濟、生活環境、社會、國民經濟效益4個方面進行評價。

1 工程概況

水磨河灌區位于阜康市城關鎮，屬于農牧區，同時也是重要的農業經濟區。灌區水源穩定可靠，土地資源及光熱資源豐富，適宜農作物及瓜果蔬菜生長；灌區控制灌溉面積8.7萬畝，其中有效灌溉面積5.3萬畝，棄耕面積3.4萬畝，灌區內有相當數量中低產田需要改良。灌區為地表水和地下水混合灌區，地表水灌溉面積7萬畝，地下水灌溉面積1.7萬畝。

2 工程布局及渠道防凍脹措施

2.1 項目總體布局

干渠起于紅山水庫放水洞，終于溝口村，全長為6.851 km。干渠起點至下游500 m段為泄洪渠，末端設置有泄洪引水閘，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6.851 km，改造長度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制分水閘后向柳城子支渠分水，改建支渠長2.011 km，老渠道沿線為耕地。

2.2 渠道防凍設計

水磨河干渠沿線基礎地層以砂礫石為主，不具有凍脹性。支渠以含礫低液限粉土為主，渠道需進行抗凍脹設計。工程區內最大凍土深度為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。根據規范公式進行支渠凍深計算，計算結果見表1；渠道凍脹梁及凍脹級別見表2。

由表2可知，渠道凍脹量超出規范允許值，需要考慮工程措施抗凍脹。渠床置換厚度計算依據《渠系工程抗凍脹設計規范》SL23-2006公式5.1.5計算。

渠床置換深度計算公式:

式中:Ze為置換深度，cm；δ0為襯砌板厚度，cm；ε為置換比，%，可結合當地經驗，進行選取。

渠床置換深度計算結果見表3。

表3計算結果均按最不利工況進行計算，結果偏大，依據阜康水磨河灌區多年的渠道凍脹換填厚度經驗及歷年灌區實施的防凍脹層置換厚度，當地渠道換填厚度一般為0.4 m，并經多年運行無垮脹破壞跡象。故渠道防凍脹置換厚度取值依據當地工程經驗: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距較遠，采用苯板作為防凍脹措施與砂礫石進行經濟、技術比較。

采用砂礫石做防凍脹層，砂礫石方量為1.33 m3/m，單價為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，苯板單價為500元／m3，苯板投資為89元/m，由此可見采用苯板方案，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 支渠凍深計算結果表

表2 渠道凍脹梁及凍脹級別表

表3 渠床置換深度計算表

3 灌區改造效益評價

3.1 經濟效益評價

1）改善農業生產條件

灌區渠道于20世紀70年代修建，為干砌卵石灌漿的單防渠道，未進行完整的勘測設計工作，建設標準較低，施工質量較差，加之年久失修，渠道滲漏嚴重，灌溉保證率較低，據推算現狀年灌區保證灌溉面積僅為3.8萬畝，灌區農業發展受到制約。工程改造后，恢復灌溉面積3.4萬畝，改善灌溉面積5.3萬畝，灌溉水利用系數由現狀年0.44提高到0.58，使農業生產條件得到很好的改善。

2）新增農產品生產能力和產值

工程改造后，高效益的經濟作物給農民帶來可觀的經濟效益，具體效益見表4。

表4 灌溉效益計算表

3.2 生態環境效益評價

工程改造后，改變了大水漫灌的問題，不僅節約水量，而且改善了由于大水漫灌加劇土壤鹽堿化的問題；解決了春秋兩季受旱用水得不到保證的問題。工程改造后，可改善灌區灌溉條件，促進灌區生物量的增長，有利改善干旱荒漠型局地氣候；灌區耕地適時適量的灌溉勢必促使土壤向有利于農牧業生產的土壤類型發展；水量得到有效的保證，使灌區內通過其他渠道籌措資金規劃的水土保持項目逐步實施，林網建設加強，人工草場的建立，大力建造防風林，培植沙生植被，防風固沙，都將使植被覆蓋度大大提高，將會極大地改善和提高干旱半干旱的農業生態環境質量；提高和改善目前的環境質量，建立起一個較為完善的農、牧、漁共同發展的生態環境；增加可調節供水量，促進農牧業生產的發展。

3.3 社會效益評價

灌區改造完成后勢必為當地群眾增加收入，提高生活水平，促進國民經濟的快速發展；減免洪澇、旱、蟲等自然災害，增加農牧業的產值，促進國民經濟的發展，有利于人心安定，對社會穩定和民族團結有著積極的貢獻。

3.4 國民經濟評價

（1）基本參數的取值:價格采用影子價格；社會折現率按《規范》規定，采用8%；本工程項目計算期采用21年，其中建設期1年，生產期20年。

（2）費用計算:固定資產投資國民經濟評價是從國家整體角度出發，采用影子價格，來考察工程對國民經濟的貢獻，評價工程的經濟合理性。按《規范》附錄E對項目國民經濟評價投資進行簡化調整，并剔除價差預備費及工程概算中屬于國民經濟內部轉移支付利息、稅金、計劃利潤等，調整后的投資為1352.37萬元；年運行費年運行費參照類似工程按投資的2.0%計。故此項目年運行費為1352.37×2.0%=27萬元；流動資金流動資金取年運行費的2個月計，即4.51萬元。

（3）調整農業結構所帶來的效益:工程實施后，灌區的灌溉保證率得到提高，農業產業結構因此可以得到調整，調整后可帶來的效益約172萬元。

（4）國民經濟評價:經濟內部收益率為13.2%大于8%，經濟凈現值為524萬元，效益費用比為1.34，故本項目從國民經濟角度來看是經濟合理的，具有良好的社會經濟效益。

4 結論

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

（2）從經濟、社會、生態環境及國民經濟效益4個方面進行灌區改造效益評價。水磨河灌區改造完成后，可以有效改善當地灌溉條件，提升國民收入，具有良好的經濟、社會效益。