第六師軍戶灌區節水配套改造項目實施方案淺析

郝偉民

(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 項目背景

1.1 項目區概況

第六師軍戶灌區地處昌吉市境內，屬兵團第六師管轄，灌區位于三屯河流域，面積約為140 km2，地勢南高北低，平均坡降為15.1‰，東西向無較大起伏。三屯河源于天格爾山南麓，全長227 km，年平均徑流量34552萬m3。為避免大量滲漏，充分利用水源，先后于1986年和2014年修建了三屯河水庫、努爾加水庫，通過聯合調度對徑流進行跨年調節。軍戶灌區自努爾加水庫引水，多年平均引水量為4546.97萬m3。

2 農場水利工程現狀

2.1 現有工程

軍戶灌區無獨立蓄水工程，地表水引自努爾加水庫。努爾加水庫位于三屯河水庫下游17 km、距三屯河出山口約4 km處，其與三屯河水庫聯合調度，對徑流進行跨年調節，改善供用水不平衡的矛盾。努爾加水庫壩址以下1.3 km處及8.8 km處建有盤山干渠及西干渠兩座渠首，農場灌溉用水通過兩座渠首引水。農場干、支、斗渠合計166.07 km，其中干渠2條，分別為盤山干渠和軍戶干渠，總長31.37 km；支渠15條，總長44.19 km；斗渠43條，總長90.51 km。

2.2 存在問題

受歷史條件所限，灌區渠道修建時襯砌板下未設置塑膜，部分骨干渠道為土渠，由于年久失修，渠道破損嚴重、砼板坍塌脫落、滑坡隨處可見、無成型斷面，滲漏嚴重，渠道水利用系數低；灌區內量水設施缺失，灌溉期采用沙袋擋水進行人工分水，水量調配缺乏時效性和精準性；部分渠道穿過村莊，渠線兩側未布設有效防護措施，存在安全隱患。

3 項目實施方案

3.1 水量平衡

灌區主要水源為三屯河河水，補充水源為地下水。三屯河河水經盤山干渠渠首及西干渠渠首經盤山干渠和軍戶干渠引入軍戶農場，2017年引水量4959.71萬m3；地下水由機井抽取，2017年開采量435.93萬m3。規劃水平年2021年軍戶農場用水總量控制目標為6208萬m3，其中地表水用水總量5867萬m3，地下水用水總量341萬m3。

軍戶農場需水量包括居民生活用水、農業灌溉用水、工業用水及牲畜用水及第三產業用水，各水平年需水量計算統計結果見表1。

表1 軍戶農場各水平年需水量計算統計表 單位：萬m3

現狀年項目區總供水量等于總需水量5492.11萬m3，其中地表水供水量4959.71萬m3，小于軍戶農場2017年可供給水量5888萬m3；地下水開采量435.93萬m3，大于軍戶農場2017年可供給水量430萬m3，現狀年地下水過量開采。規劃水平年項目區總供水量等于總需水量5337.63萬m3，其中地表水供水量5176.61萬m3，小于可供給水量5867萬m3；地下水按需供給160.02萬m3，小于2021年地下水控制指標341萬m3。通過節水改造項目實施，可以有效提高水資源利用率，保障未來發展增加水量，進一步壓采地下水，保護區域生態。

3.2 工程布置

節水配套改造項目主要內容為軍戶農場干渠、支渠改造，其中干渠2條、支渠14條，渠道總長度43.17 km，設計流量為0.2 m3/s～2.0 m3/s，工程級別為5級，主要、次要和臨時建筑物均為5級，工程合理使用年限為30 a。

考慮到項目區渠道灌溉渠系已經形成，經多年使用可滿足灌溉要求，另選線新建渠道會增加林帶及耕地征占，增加工程投資，同時會增加土地擾動面積，加大項目區水土流失。經現場踏勘并綜合農場意見，防滲改建渠道均在原渠線進行，局部段落裁彎取直。

3.3 工程設計

3.3.1 橫斷面設計

渠道斷面選擇考慮渠床穩定、渠道穩定、滿足沖淤平衡條件、足夠的輸水能力、滿足過流條件、滲漏損失小、滿足節水要求、施工方便等。考慮項目區地形坡差、渠道縱坡和水流速較大，采用混凝土結構的防滲效果好、使用年限長。橫斷面形式的選擇分別對設計流量≥1.0 m3/s和<1.0 m3/s進行方案比選[1]。

①設計流量≥1.0 m3/s的渠道為盤山干渠及三支渠。對現澆砼梯形斷面、預制砼梯形斷面和現澆砼梯弧形斷面進行對比分析，其橫斷面示意圖見圖1。其中方案一、方案三渠道底板采用10 cm厚C20現澆砼，邊板采用8 cm厚C20現澆砼；方案二渠道底板采用10 cm厚C20預制砼板，邊板采用8 cm厚C20預制砼板，預制板規格為40 cm×50 cm×8 cm(10 cm)。各方案砼抗凍等級為F200，抗滲等級為W6，砼板下鋪設一布一膜，邊板膜下設8 cm厚保溫層。

(a)方案一(現澆梯形斷面)

(b)方案二(預制梯形斷面)

(c)方案三(現澆弧形底梯形斷面)

經比對，方案三現澆弧形底梯形斷面水力條件略優于其它兩個方案，弧形底方案有利于增強邊坡穩定性，抗凍性能較梯形斷面好，但差距較小；投資方面，方案一與方案三持平，約為41萬元/km～43萬元/km，方案二投資為55.72萬元/km；施工方面方案一工藝簡單，施工質量易控制，工期短；方案二工藝相對復雜，預制板生產及運輸過程中易破損，渠道板縫及伸縮縫較多；方案三工藝復雜，弧形底需要單獨制作弧形模版，對勞動力技術要求高。綜合各因素選定方案一。

②設計流量<1.0 m3/s的渠道，除上述盤山干渠及三支渠外，其余13條支渠設計流量為0.2 m3/s～0.6 m3/s，對裝配式預制鋼砼矩形斷面、預制U形斷面及預制梯形型斷面進行對比分析，其對比示意圖見圖2。其中方案一全斷面采用裝配式預制矩形渠槽，下設5 cm粗沙墊層；方案二全斷面采用整體預制U型斷面，板厚6 cm；方案三全斷面采用6 cm厚C20預制砼板，預制板規格為40 cm×50 cm×6 cm。各方案砼抗凍等級為F200，抗滲等級為W6，砼板下鋪設一布一膜，邊板膜下設8 cm厚保溫層[2]。

(a)方案一(裝配式預制矩形鋼砼矩形斷面)

(b)方案二(預制U形斷面)

(c)方案三(預制梯形斷面)

經比對，方案一及方案二在水力條件上明顯比方案三好，且能充分利用自身斷面形式防凍脹，方案三為預制板襯砌形式，接縫處理不當易造成凍脹破壞；投資方面，方案一為54.66萬元/km，投資較大，方案二為32.13萬元/km，方案三為48.22萬元/km。施工方面，方案一、二需要特殊模具進行預制，但可以明顯縮短渠道停水時間，且工程占地面積較小，方案二由于是U形斷面，坡地基礎壓實難以保證。綜合考慮臨近團場已實施情況，確定方案一。

3.3.2 沉沙池設計

軍戶灌區渠道泥沙含量較大，直接引水對渠道沖刷嚴重，干渠2+090處有1座沉沙池，經多年運行沖刷破損嚴重，且沒有清沙通道，不利于維護。本次對其進行重建，沉沙池采用定期機械清沙式沉沙池。

沉沙池按單池布置，工作段長度140 m，底寬28 m，采用梯形斷面，開口寬40 m，池深4.0 m，縱坡0.714‰；進口連接段長度20 m，工作段長度140 m，出口連接段長度20 m，總長180 m；主要設施有進出口連接段，機車清沙通道。工作段首端高程771.77 m，末端高程771.67 m，設計水位773.97 m～773.87 m。沉沙池進出口段均采用兩側均勻擴散的對稱布置，池箱橫斷面為C25混凝土梯形斷面，厚度20 cm，沉沙池進出口設鋼筋砼結構隔墻。各出池含沙量計算成果匯總見表2。

表2 出池含沙量計算成果表

由表2可以看出全沙出池沉降率為71.38%，粒徑大于0.125 mm的沉降率為90.36%，出池含沙量為0.134 kg/m3，沉沙池尺寸滿足設計要求。沉降運行至第1168時段即48.66 d時，全池沉降率為60.56%，粒徑大于0.125 mm的沉降率為85.07%，出池含沙量為1.57 kg/m3，沉沙池的淤積厚度為0.8863 m。根據三屯河近年實測資料，平均年洪水期累計28 d，可于每年冬灌結束后進行一次機械清沙。

3.3.3 量水設施、井控設施及管護設施

軍戶灌區渠系現有量水設施多為量水標尺，經過多年運行磨損嚴重，本次在灌區內118處計量點設置自動量測水設施，替代人工觀測，提高工作效率，其中干渠6處、支渠17處、斗渠95處。干渠采用雷達流量計，支、斗渠采用巴歇爾量水槽配套磁浮子式水位計。明渠雷達流量計安裝示意見圖3，巴歇爾量水槽與磁浮子式水位計安裝示意圖見圖4。

對灌區內機電井配套“井電雙控”智能計量系統，在機井上安裝超聲波流量計，其具有適用各種水質，抗堵塞、精度高、性價比高的優點，確保流量監測精準，為水資源管控提供可靠的用水數據。

灌區阿一支渠、阿二支渠、阿四支渠、阿五支渠及四支1分支渠局部段落穿過連隊，本次在渠道兩側增加隔離網及警示牌，以防人畜掉入渠內，隔離網采用草綠色雙邊絲護欄，表面浸塑處理，材質為Q235低碳冷拔鋼絲，絲徑為3 mm，網孔尺寸為90 mm×170 mm，單片尺寸為1.8 m高×3.0 m寬。

圖3 明渠雷達流量計安裝示意圖

圖4 巴歇爾量水槽與磁浮子式水位計安裝示意圖

4 結語

通過對軍戶灌區節水配套改造項目的實施，保證全區輸供水安全，提高灌區水資源利用效率。方案現狀年為2017年，規劃水平年為2021年，通過渠道防滲及渠系建筑物改造，減少渠道滲漏損失，項目實施可使軍戶灌區的渠系水利用系數由0.66提高至0.69、灌溉水利用系數從0.60提升至0.62，改善灌溉面積10.29萬畝，將規劃水平年水資源利用總量控制在“三條紅線”以內，對保障農場灌溉用水、壓采區域地下水、保證流域正常生態水量，改善農場環境起到了重要作用。