某灌區渠道改造方案優化對比研究

何 春

（額敏縣水利局，新疆 額敏 834601）

1 工程背景

某灌區始建于上世紀70 年代，是重要的商品糧生產基地之一。灌區控制流域面積420 km2，耕地面積54.8 萬畝。自灌區建成以來，有10 個鄉鎮，126 個行政村，26.4 萬人受益。目前，灌區的水土資源基本平衡，但從長遠來看，仍舊面臨水資源嚴重不足的問題，特別是在遇到極端干旱天氣的情況下，水資源短缺問題更為嚴重。另一方面，由于灌區建成年代久遠，多數渠道已經老化失修，滑坡、坍塌、淤積現象比較嚴重，對渠系的輸水能力造成嚴重影響，進行渠道改造就成為一項十分緊迫的任務。其中，干渠段渠道的情況最為嚴重，嚴重制約了干渠的過流能力。因此，灌區管理處積極申請省市專項資金，對該段渠道進行改造。

2 渠道現狀與改造方案

2.1 渠道現狀

某灌區已經運行了四十多年，干渠工程嚴重老化，渠道的問題和矛盾日漸突出，主要表現在以下幾個方面：一是灌區工程建成之后由于長期淤積和地面沉降，現在已經不能按設計流量運行。根據原設計，該段渠道的設計水位為5.11 m，設計流量為37 m3/s，當前的運行水位一般為4.5 m，流量為30 m3/s；二是渠道的洇水、洇堿以及浸沒現象比較嚴重，部分渠段由于下沉和淤積的雙重作用，水位已經高于兩岸的農田，由于滲水造成渠道兩側幾十米乃至上百米的農田淹沒。三是該段渠道上存在連接兩岸村鎮的橋梁13 座，其中大部分存在破損，且阻水嚴重。

2.2 改造方案設計

針對渠道存在的問題，結合相關改造工程的設計施工經驗[1～3]，擬定如下四種設計方案供比選，以最終獲取最佳設計方案。

方案一：防滲擋水墻方案

該方案的處理方法主要為防滲、筑堤、加擋水墻及堤內坡預制混凝土板襯砌。具體工程措施如下：對地面下沉嚴重的渠段加筑子堤或提高子堤高程。其中，樁號30+933～36+219 段按設計水位+0.5 m 修建子堤，堤頂寬度為3.3 m，內邊坡1∶3，外邊坡1∶2，堤頂兼做管理道路；樁號36+219～42+019 段按設計水位+0.5 m 增加堤頂高程；樁號30+933～36+219 段堤頂增設高0.8 m，厚0.3 m 的C25 混凝土擋水墻；對樁號30+933～42+500 段設計平均深度20.76 m 的塑性混凝土防滲墻；對筑堤段的兩岸邊坡進行襯砌。渠坡襯砌自下而上鋪設250 g/m2土工布、聚苯乙烯泡沫保溫板、預制混凝土板，坡腳設尺寸在40 cm×60 cm 的C20 現澆混凝上齒墻，頂部采用C20 現澆混凝土板封頂；在地面以下2.5 m 處鋪設管徑為l m 的暗管排水，管下設0.3 m 中粗砂墊層，管外包裹3 層土工布+0.15 m 厚中粗砂反濾。改造方案的斷面示意圖見圖1。

圖1 方案一斷面示意圖

方案二：筑堤防滲挖排水溝方案

該方案的基本思路為局部清淤、筑堤、防滲、排水溝導滲及堤內坡襯砌。具體工程措施如下：對照該渠段原設計中的渠底高程，對局部淤積嚴重的位置和橋下斷面進行清淤，清淤后的渠底高程與原設計相同，渠道底寬40 m，邊坡1∶3；對樁號30+020～36+219 的地面下沉嚴重渠段進行筑堤，堤頂高程為設計水位+1.0 m，堤頂寬度為3 m，內邊坡1∶3，外邊坡1∶2.5，堤頂兼做管理道路。樁號36+219～42+019 段局部子堤高程不滿足設計水位+0.5 m 的要求需要進行加高復堤；防滲范圍和設計方案與方案一相同；在渠道堤外設計底寬2 m，溝深2.5 m，邊坡1∶2 的排水溝，蓄積渠道滲水，并就近排入排水干溝[4]；渠道襯砌的設計范圍及襯砌方式與方案一相同。該方案的斷面示意圖見圖2。

圖2 方案二斷面示意圖

方案三：清淤導滲方案

該方案的基本思路是對渠道清淤，淹沒耕地抬高復耕，無護砌邊坡進行護砌。具體工程設計如下：對樁號30+020～42+019 段清淤，清淤后的渠底高程與原設計相同，渠道底寬40 m，邊坡1∶3；對渠道兩側38 m 范圍內的耕地進行抬高并復耕，抬田高程按設計水位+l m 控制，邊坡系數為3.0。對于計算抬田高度小于0.3 m 的部分，不做抬田處理[5]；在地面以下2.5 m 處鋪設管徑為l m 的暗管排水，管下設0.3 m中粗砂墊層, 管外包裹3 層土工布+0.15 m 厚中粗砂反濾；渠道襯砌的設計范圍及襯砌方式與方案一相同。該方案的斷面示意圖見圖3。

圖3 方案三斷面示意圖

方案四：抬田防滲擋水墻方案

該方案的基本思路是渠道左岸低洼地全部抬田，右岸筑堤防滲加導滲。具體工程措施如下：對照該渠段原設計中的渠底高程，對局部淤積嚴重的位置和橋下斷面進行清淤，清淤后的渠底高程與原設計相同，渠道底寬40 m，邊坡1∶3；對渠道左岸約70 m 的低洼地進行抬高，抬田頂高程為原設計水位+1.0 m計算，抬田高度小于0.3 m 的部分不做抬田處理；對渠道右岸樁號30+020～35+160 段進行筑堤并加設0.8 m 高的防水墻。堤頂高程為原設計水位+0.5 m；對右岸樁號31+370～42+810 的整體嚴重沉降段進行防滲處理；在地面以下2.5 m 處鋪設管徑為l m 的暗管排水，管下設0.3 m 中粗砂墊層，管外包裹3 層土工布+0.15 m 厚中粗砂反濾。該方案的斷面示意圖見圖4。

圖4 方案4 斷面示意圖

3 改造方案的比選

根據上節提出的改造方案具體工程設計，對四種方案的優缺點、工程量及投資進行對比，結果見表1 和表2。

表1 改造方案的優缺點比較

表2 改造方案經濟性比較

通過表1、表2 的對比結果可以看出,方案三投資最少，方案一和方案二投資較多，方案四投資雖然比方案三多，但工程操作性較好，在項目實施后可以完全解決渠道浸沒、洇水、洇堿等問題。因此，建議采用方案四進行該渠段的改造。

4 結語

以某灌區渠道改造工程為例，通過對研究區段的工程現狀分析，提出四種不同的改造設計方案，通過對各方案的經濟技術對比，建議在工程建設中采取抬田防滲擋水墻方案。我國北方缺水省份的水資源矛盾比較突出，增強水利工程的調水潛力，優化水資源配置具有特別重要的意義。在這一背景下，本文研究成果可為類似的上世紀建設的灌區等水利工程改造提供借鑒。當然，未來的水利科學、水利技術乃至計算機科學和人工智能技術的發展，水資源配置和灌區改造工程技術研究必將更加深入，最終實現水資源與社會的協調發展。