三屯河灌區(qū)渠道改造工程設(shè)計及效益分析

寇 俊

（昌吉市三屯河流域管理處，新疆 昌吉 831100）

1 引言

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，水資源對農(nóng)業(yè)產(chǎn)出具有較大的影響。水資源短缺是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要因素，為此，我國自建國以來修建了大量的水庫、灌區(qū)，以改善水資源時空分布不均、季節(jié)性短缺問題，大大促進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展和當(dāng)?shù)鼐用竦氖杖耄哂兄匾纳鐣⒔?jīng)濟、環(huán)境效益[1～4]。大部分工程由于修建時期較早，受限于當(dāng)時的經(jīng)濟、設(shè)計、施工水平，導(dǎo)致工程在使用過程中出現(xiàn)了眾多的問題，如水資源利用效率低下，水利建筑物穩(wěn)定性降低等[5～7]。為了充分解決這些問題就需要準(zhǔn)確分析建筑的風(fēng)險以及水資源利用效率，衡量多方面利益，提出最終的改造方案[8～10]。以三屯河灌區(qū)為例，對灌區(qū)渠道防滲改造方案進行研究，為新疆地區(qū)灌區(qū)改造工程提供參考。

2 工程概況

三屯河灌區(qū)位于天山北麓，始建于上世紀(jì)60 年代。轄區(qū)南北長260 km，東西寬30 km，總面積8044 km2。各骨干輸水工程概況如下：①西干渠。建于1961 年～1962 年，位于三屯河西岸，全長20.8 km，設(shè)計流量50 m3/s，從渠首至14.8 km 處為梯形斷面圓弧底，混凝土梯形斷面圓弧底。②東干渠。建于1965 年～1966 年，位于三屯河?xùn)|岸，全長15.5 km，設(shè)計流量15.5 m3/s，為梯形斷面圓弧底，漿砌卵石襯砌。③盤山渠。位于西干渠首以上5 km，依山坡盤山而建，設(shè)計流量4 m3/s，土渠。

圖1 三屯河灌區(qū)概況

3 渠道改造工程設(shè)計

3.1 各級渠道用水需求

渠道改造主要目的是為滿足農(nóng)作物灌溉用水需求，以東干渠為例，東干渠首灌區(qū)作物設(shè)計水平年需水量見表1。

表1 東干渠首灌區(qū)設(shè)計水平年灌溉需水量 單位：萬m3

根據(jù)作物用水需求、設(shè)計灌溉率及渠道水利用系數(shù)，計算東干渠各級渠道設(shè)計流量：式中：Q 為渠道設(shè)計流量，m3/s；q 為設(shè)計灌溉率，m3/（s·萬畝）；A為設(shè)計灌溉面積，萬畝；η 為灌溉水利用系數(shù)。

東干渠分段流量計算結(jié)果見表2。

表2 東干渠分段流量計算結(jié)果

3.2 渠道斷面及襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 斷面形式

東干渠全長15.5 km，設(shè)計流量15.5 m3/s，為梯形斷面圓弧底，漿砌卵石襯砌。渠道自建成以來，使用年限達到56 年，已超出設(shè)計的30 年，現(xiàn)狀渠道破損嚴(yán)重，為了保證渠道輸水效率以及耐久性，考慮對原渠道進行拆除重建。目前，渠道斷面形式主要有4 種，不同斷面特點見表3。原渠道形狀為梯形，結(jié)合表3 不同類型斷面的特點，選擇梯形斷面作為此次渠道改造的斷面形式，可以充分利用原有渠道，減少開挖工程量，同時施工難度較低，雖然占地面積略大，但場地主要分布為農(nóng)田，施工費用較低。

表3 不同斷面類型特點

3.2.2 襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計

新疆地區(qū)常用的渠道襯砌方案包括：全斷面現(xiàn)澆混凝土、底板和邊坡下部座漿、干砌卵石灌漿+邊坡上部現(xiàn)澆混凝土襯砌、全斷面漿砌石3 種。3 種方案對比見表4。

通過對表4 的各項特征進行分析，3 種方案每米造價分別為686 元、585 元、886 元（卵石運距大）。采用漿砌石底板+混凝土邊坡具有耐磨性高，造價較低等優(yōu)點，因此選擇次方案作為渠道的襯砌方案。渠道斷面見圖2。

表4 渠道襯砌方案

圖2 渠道襯砌斷面

4 灌溉水利用系數(shù)分析

三屯河灌區(qū)灌溉可分為兩部分：地表水灌溉和地下水灌溉。兩種灌溉方式不同，因此，需要分別計算兩種灌溉方式的灌溉水利用系數(shù)。

現(xiàn)狀年地表水灌溉分兩部分：一部分為常規(guī)地面溝畦灌，通過干、支、斗、農(nóng)渠道輸水至田間；一部分為渠水輸水高效節(jié)水灌，通過干、支渠、管道輸水至田間。因此，渠系水利用系數(shù)分別計算。根據(jù)之前的渠系水利用系數(shù)，計算值大于實測值，因此，采用實測方法獲取灌溉水的利用系數(shù)。灌溉水利用系數(shù)實測結(jié)果見表5、表6。現(xiàn)狀年設(shè)計水平、年地下水灌全部采用高效節(jié)水灌溉，灌溉水利用系數(shù)根據(jù)水管實測資料統(tǒng)計為0.90。

表5 地表水灌溉水利用系數(shù)實測值（常規(guī)灌溉）

表6 地表水灌溉水利用系數(shù)實測值（高效灌溉）

三屯河灌區(qū)灌溉面積82 萬畝。現(xiàn)狀年地面灌面積33 萬畝，占比40%；高效節(jié)水灌面積49 萬畝，占比60%。其中管渠灌37 萬畝，占比45%；地下水灌12 萬畝，占比15%。根據(jù)規(guī)劃設(shè)計，年灌區(qū)將進一步發(fā)展高效節(jié)水灌。設(shè)計水平年地面灌面積25 萬畝，占比30%；高效節(jié)水灌面積57 萬畝，占比70%。其中管渠灌41 萬畝，占比50%，地下水灌16 萬畝，占比20%。根據(jù)各灌溉方式、灌溉面積、加權(quán)計算綜合灌溉水利用系數(shù)，見表7。

表7 綜合灌溉水利用系數(shù)

5 結(jié)論

三屯河灌區(qū)在多年使用過程中，出現(xiàn)了渠道破損等現(xiàn)象，造成輸水效率低下，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。以東干渠為例，對渠道改造工程進行分析，收集農(nóng)作物用水需求，作為各級渠道設(shè)計流量的基本依據(jù)，通過方案比選，采用梯形斷面和漿砌石底板+混凝土邊坡的襯砌方案，具備施工簡便、耐磨性能高以及投資較低等特點。通過分析，獲取了2016 年、2019 年渠道水利用系數(shù)。改造后的渠道水利用系數(shù)有了明顯的提升，在此基礎(chǔ)上，可為新疆地區(qū)灌溉改造工程提供一定的參考。