50團灌區骨干工程節水改造項目方案淺析

穆 燕

（五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300）

1 項目區概況

50團地處塔克拉瑪干大沙漠和塔里木盆地西部邊緣，葉爾羌河下游，屬第三師前海大型灌區的小海子灌區團場之一，土地面積83.02萬畝，現有有效灌溉面積22.68萬畝。50團灌區地形平坦，平均縱坡約1/2500，灌區土壤是以棕漠土為主的地帶性土壤。50團灌區地表水源地為葉爾羌河，經中干渠從永安壩北庫南、北兩閘引水至灌區使用。2017年斗口凈引水量為8854.86萬m3，預計到2021年地表水控制引水量為13234.00 萬 m3。

50團灌區骨干節水改造項目位于葉爾羌河流域，涉及葉爾羌河及其支流提孜那甫河。葉爾羌河位于新疆西南部，塔里木盆地西南緣，流域總面積8.577萬km2，河流全長1281 km。提孜那甫河流域發源于昆侖山北坡，屬消融型河流，河流全長335 km，其中江卡渠首出山口以上山區河段190 km，以下平原區河段145 km，河流尾端自右岸匯入葉爾羌河，提孜那甫河出山口玉孜門勒克站多年平均徑流量為8.14×108m3。

2 水文

葉爾羌河先后設立過13處國家基本水文站，與本項目水文分析計算有關的有喀群、依干其渡口、東河灘、48團渡口、艾里克塔木五處水文站；提孜那甫河先后設有3處國家水文站，分別是玉孜門勒克、江卡和九道橋水文站，后又在中下游設立一處水量控制站提河總斷面。葉爾羌河流域水系及水文站網分布示意圖見圖1，各水文參證站資料見表1。

表1 各水文參證站資料觀測年限一覽表

圖1 葉爾羌河流域水系及水文站網

計算得到葉爾羌河和提孜那甫河各頻率來水量成果見表2。

表2 葉爾羌河和提孜那甫河各頻率來水量成果單位：108m3

3 項目實施方案

3.1 工程現狀

50團灌區內灌溉設施主要有水源工程、蓄水工程、輸配水工程（渠道）、機井和田間節水灌溉設施等。水源工程共包括小海子水庫、永安壩南庫、永安壩北庫三座水庫，小海子水庫從葉爾羌河艾利克塔木引水樞紐引水后，通過南北閘兩條自然河道泄水到永安壩北庫，同時利用兩座調節閘同永安壩南庫連接相互調節供水，永安壩北庫蓄水引向灌區各團場。

50團灌區有干渠2條，總長31.7 km、輸水支渠47條，總長度150.5 km，現狀多為預制板襯砌渠道，受凍脹破壞已鼓脹變形脫落，需改建長度合計82.33 km。現有斗渠253條，總長226.27 km，流量0.10 m3/h～0.30 m3/s；現有機井296眼，井深40 m～80 m，單井出水量50 m3/h～80 m3/h。50團位于前海灌區最下游，整體地下水位較低，鹽漬化較輕，建有排渠58.54 km。當前渠道滲漏嚴重，輸水效率低、渠系建筑物配套不完善，啟閉機缺失，現有的渠系建筑物老化破損嚴重，管護設施缺失。

3.2 水量平衡

根據50團2017年地表水引水資料，斗口的凈引水量為8854.86萬m3，根據新疆用水總量控制方案，到設計水平年

（2021年）50團地表水控制引水量為13234.00萬m3，可開采地下水量為696.3萬m3/年。

現狀年50團灌區毛需水量為14736.16萬m3，缺水的主要原因是來水量不足、渠道滲漏導致的利用率低下。設計水平年50團灌區毛需水量為13762.00萬m3。根據用水總量目標分解的水量控制指標，地下水供水量小于地下水控制指標，達到供需平衡。

通過對灌區骨干工程進行防滲防滲改建，提高了渠道水利用系數，工程節水由以下公式計算:

式中:V節為該工程到設計水平年的節水量；V基數為以水平年為基數的引水量；η設、η現分別為設計水平年和現狀年該渠道的渠道水利用系數。

計算結果見表3。

表3 節水量計算表 單位：萬m3

計算表明，項目區現狀年農業灌溉缺水402.73萬m3，通過渠道防滲改建后，減少地下水開采，至設計水平年時項目區農業灌溉達到供需平衡，本項目可提高灌溉水利用系數0.027，可節水357.32萬m3/年。

3.3 工程布置

以現有灌溉體系為基礎，以防滲改造為工程手段，考慮到項目區以種植棉花、經濟林果為主，灌溉方式以渠道輸水、地面灌溉為主。總體布置所有工程基本沿原有渠線改造，同時配套管護設施和灌區信息化設施；主要對破損嚴重、影響輸水的干支渠進行防滲襯砌。

3.4 建設任務

本次工程共防滲改建渠道28條，總長78.55 km。其中干渠1條，長8.23 km；支渠28條，總長69.62 km；配套渠系建筑物239座，其中閘162座，農橋77座；重建管理站房1座；新建砂礫石伴渠路13.22 km；新建斗口水量自動計量點241處，改建渠道連接段15.8 km。干渠設計流量12.0 m3/s，工程級別為4級，其渠道建筑物工程級別為4級；支渠設計流量2.6 m3/s～0.2 m3/s，工程級別為5級，其渠道建筑物工程級別為5級。

3.5 工程設計

3.5.1 渠道設計

以四支干渠、中干2號閘一支渠、四支干渠二十五支渠為例，進行干、支渠渠道工程設計。四支干渠設計縱坡與原縱坡基本保持一致；中干2號閘一支渠起點高程高于中干渠2號閘閘底導致引水困難，本次適當降低起點高程；四支干渠二十五支渠起點高程接四支干渠末點，前后段分兩次建設，本次設計要消除前后段高差。三個算例的各項水力要素見表4。

干渠斷面采用弧形坡腳梯形斷面，全斷面采用10 cm厚C20混凝土現澆板襯砌，下鋪兩布一膜（布150 g/m2、膜0.3 mm、布150 g/m2），防凍脹采用40 cm厚砂礫石墊層，渠道內邊坡1∶1.75，外邊坡1∶1.5，兼做伴渠路的渠堤寬3.5 m，無伴渠路的渠堤寬2.5 m。支渠采用梯形斷面，全斷面采用8 cm厚C20混凝土現澆板襯砌，下鋪兩布一膜，防凍脹采用40 cm厚砂礫石墊層，渠道內外邊坡均為1∶1.5，兼做伴渠路的渠堤寬3.5 m，無伴渠路的渠堤寬1.0 m。混凝土采用C20二級配砼現澆，砼強度為C20，抗凍等級為F150，抗滲等級為W6。

3.5.2 水閘設計

本項目采用開敞式設計,閘后邊坡用扭面與閘室連接，閘室為整體現澆鋼筋砼結構，閘底與渠底平齊。閘室、隔墻、工作橋砼強度等級均為C25，抗凍等級為F150，抗滲等級為W6，閘門板均采用平板鋼閘門，啟閉機采用側搖螺桿式啟閉機。以中干2號閘一支渠1+048.5節制分水閘為例進行計算，節制閘設計過閘加大流量0.81 m3/s，分水閘過閘流量0.20 m3/s。閘孔寬度計算公式如下:

式中:Q為過閘流量，m3/s；B0為閘孔總凈寬，m；σ為堰流淹沒系數；m為堰流流量系數，取0.385；ε為堰流側收縮系數；H0為計入行近流速水頭堰上水深，m。

表4 各渠道水力要素表（糙率n=0.015；邊坡系數m干=1.75，m支=1.5）

閘孔尺寸計算成果表見表5。消能判定見表6，由表可知閘下水躍為淹沒式，下游不需要修建消能工。

表5 閘孔尺寸計算成果表

表6 消能判定表

本次改建水閘均為5級建筑物，結構簡單，僅計算正常運行工況的閘室穩定性。正常工況最大過流0.81 m3/s，閘上游水位0.88 m，閘下水位0.80 m，基底摩擦角f=0.4，砼容重=24 kN/m3。上部荷載1為4.5 kN，上部荷載2為3.5 kN。根據閘室基底應力計算公式:

閘室基底面抗滑穩定系數計算公式:

經計算，閘室基底大小應力比為1.34，小于允許值1.5，滿足要求；抗滑穩定系數Kc=3.77，大于允許值1.20，滿足要求。

3.5.3 農橋設計

本項目新建、重建農橋77座，橋所在道路屬于鄉村便道，根據《公路橋涵設計通用規范》（JTGD 60-2004），設計荷載按公路二級80%折算。結構型式采用鋼筋混凝土板式橋，橋墩基礎為重力墩結構形式。農橋跨度為2.5 m～6.0 m，農橋橋面寬度根據相交道路寬度和通行對象確定，人行橋寬度取2.5m～3.0 m，機耕橋寬度取4.5 m～8.0 m，橋墩砼強度等級C25，橋面板和臺帽砼強度等級均為C30，抗凍等級為F150，抗滲等級為W6。農橋計算簡圖見圖2。

圖2 農橋計算簡圖（尺寸單位：cm）

渠道沿線土對混凝土結構具有中等腐蝕性，對結構中鋼筋具有中等腐蝕性。在建筑物混凝土表面與土接觸的結構外側涂刷3 mm厚瀝青防腐層。

3.5.4 管護工程

50團四個片區共有3處管理站房，分別位于東方紅片區二支渠起點、七連片區六支渠起點、夏河營片區二十一支渠起點，其中東方紅片區的管理站房年久失修，需拆除重建。根據《灌溉與排水工程設計標準》（GB 50288-2018），東方紅片區的管理站建筑物設計面積180.67 m2，建筑結構形式為磚混結構，設計使用年限為二類50年，抗震設防烈度為7度2組，設計抗震類別為丙類。

本次改建干支渠中，在沿線無伴渠路或機耕道的渠道新建伴渠路，利用單側渠堤新建3.5 m寬伴渠路，伴渠路渠堤上鋪裝30 cm砂礫石墊層。新建伴渠路總長13.22 km，其中四支干渠2.47 km、中干2號閘一支渠2.65 km、中干2號閘二支渠4.72 km、中干二支渠3.38 km。

為達到精準計量、自動監測，采取量水槽與自動監測站配合設計。考慮到現有斗渠縱坡較緩，渠水中含懸移質泥沙，采用無喉道量水槽和磁浮子水位計，測量后利用網絡傳送數據，使用太陽能作為供電單元，做到自動化量水。磁浮子水位監測站安裝設計圖見圖3。

圖3 磁浮子水位監測站安裝設計圖

4 結論

本文通過對工程現狀和供需水量分析，根據相關規范，進行渠道、水閘、農橋以及管護工程設計，通過采用無喉道量水槽和磁浮子水位計相結合，實現了精準自動監測，最終形成了節水改造設計方案。通過對50團灌區骨干工程節水改造項目方案進行研究，為本次修復改建提供技術依據的同時，也可為本地區其它相似工程的修復提供設計思路。從50團灌區骨干工程節水改造項目的實施效果來看，該方案是合理的。