灌区渠系改造设计探析

柳露

(新疆伊犁州喀什河流域管理处,新疆 伊犁州 835000)

1 渠首工程的改造

随着社会经济的不断发展，工业化、城市化、以及农业产业化建设进程不断加快，各业生产生活对水的需求量不断增加，应进行灌区改造总体规划，应对灌区渠首工程、渠系工程规模进行复核。

1）设计保证率和分析水源可供水量、流量、水源水位等参数不合理。这些参数在设计中选取的不够合理或考虑的不够细致、全面，因此，工程建成后与实际运行偏差较大，后续工程无法配套或无法实施，导致工程不能达到设计的预期效果。应对整个流域来水量进行复核，按照长系列资料（n≥30年）计算引水枢纽（或蓄水设施）的来水量，以此确定可供水量、设计流量及设计引水水位。

2）对原有渠首工程的改造，要根据区域性、整体规划的要求，尽可能地增辟水源，在中下游地区兴建调节水库确保对下游供水的稳定性。

3）灌溉面积、引水流量、渠首水位的复核。灌区的设计灌溉面积、有效灌溉面积、实际灌溉面积相差很大，灌区经过几十年的运行，环境条件发生了不同程度的改变，应按实际灌溉面积进行统计。同时，应进一步分析统计灌区作物的组成和种植比例，根据现代农业的发展趋势和节水型技术应用，分析不同作物的灌溉制度及灌溉定额，确定灌区引水流量。由于灌区种植结构调整、面积变化，灌区内工程及防渗措施建设，对渠首所要求的设计引水位也发生了变化，应重新进行复核计算。

4）渠首控制工程的改造。对有坝取水工程，计算溢流坝长度、堰顶高程、非溢流坝坝顶高程及泄洪、冲砂、引水闸宽度、底高程等工程参数，分析上、下游防护工程改造范围，确定工程的改造方案。对无坝取水工程，应复核进水闸宽度是否满足设计过流能力要求，渠首引水水位是否满足灌区自流灌溉要求，确定改建、扩建工程方案。对于已经损坏的渠首要搞清破损的原因，为改造方案的确定提供依据。

5）河道悬移质及推移质含沙量要进行收集调查、分析计算，计算的结果是否准确将影响到渠首改造方案的选取及确定冲砂宽度。

2 渠道系统的改造

2．1 渠系改造的原则

由于大多数灌区都已经运行了几十年，随着社会经济的发展，农业种植结构调整及小城镇建设等因素的变化，不少灌区的渠线布置方式已不再满足灌区社会经济发展的要求；不少灌区由于建设中属于“三边”工程，原有的渠道本身布置就不尽合理，如干渠沿线直挂斗、农渠，渠系与其它建筑物交叉混乱等，对明显的不合理的渠线进行调整合并，按照“层次明确、长度较短、经济合理、便于管理”的原则进行改线、改建，理清灌排体系。

2.2 渠道断面

包括渠道的横断面形式、尺寸、防渗形式、抗冻改造等。

1）在改造规划中，当渠道设计流量改变时，其纵横断面形式、尺寸相应也要改变。渠道横断面形式、尺寸改造是在原渠道的基础上，对横断面进行拓宽、缩垫、整修，以满足灌区引水流量和水位的要求。

2）渠道防渗改造包括土料防渗、砌石防渗、塑膜防渗、混凝土防渗等类型。要调查分析清楚渠道损坏原因，并进行计算确定相应的防渗形式改造。如渠道是冻胀破坏的，要增加戈壁垫层厚度，增加排水措施等；冲刷破坏的，要调整渠道纵坡、修建陡坡、跌水等，避免渠道再遭破坏。

3）防渗改造除选择经济合理的防渗形式和横断面形式外，由于衬砌材料的改变，断面糙率发生了改变，渠道流速、设计水位也必将发生变化。因此，应对改造渠道进行全面复核，计算水位衔接情况，采取必要的工程措施满足渠道上下级分水要求。

2.3 水力计算

为使水力计算与工程特性相一致，故正确选用计算公式十分重要。

1）对于一般渠道水流恒定、渠槽长而直、底坡沿程不变的棱柱体渠道可直接用明渠恒定均匀流公式计算。

2）对于陡坡渠道或非棱柱体渠道若渠底宽固定不变时，可采用BⅡ型降水曲线或用查尔诺门斯基方法计算；对底宽渐变的陡槽段则可用查氏方法分段计算。

3）消能设施的水力计算。采取底流式消能可以采用A·C：巴什基洛娃图表计算。由于巴氏对各种消能设备的计算方法与步骤均较明确、详细，计算省时，又能保证精度；但是在选定消能设施的尺寸时应该留有余地，对于一些重要的大中型工程，其水力计算成果还应通过模型试验加以验证；至于挑射消能计算，目前还未找到一种比较成熟适用的计算方法。

2.4 渠系建筑物

建筑物的改造主要包括以下3种：

1）除险加固。包括建筑物主体部分或基础部分严重老损，如底板被淘空，基础发生渗流、管涌、流砂、侧流等破坏，由于地基承载力不足引起的建筑物变形、折断和整体倒滑等，影响建筑物安全的工程改造。

2）恢复功能。如基础部分、主体部位丧失功能，淤积、变形严重，部分结构引起的功能下降，引水量不能满足灌溉要求，以改建、扩建恢复建筑物局部功能为目的的工程改造。

3）整修补强。主要表现在局部破损严重，裂缝，混凝土碳化，老化剥落，刚进外漏，进出口断面损坏，主体建筑物部分丧失功能，以整修补强为目的的工程改造。

4）结构计算。无论哪种类型的改造，都应对损坏原因进行调查研究，选择合适的方案进行设计，重新核算建筑物安全系数，精心组织施工，按照基本建设要求进行项目管理，确保工程质量。①对于大中型陡坡的护砌厚度应满足滑动安全，设置伸缩缝沉陷缝以后，坡面砌护类似大面积薄板，故对基础应力以及倾复稳定一般可不须计算，其主要控制条件是滑动稳定，作用在护面上的滑动力主要有水流拖泄力、砌体自重顺坡方向的分力及护面凸体（如伸缩缝）产生的阻力；抗滑力则包括砌体自重垂直坡面的分力和水流静压力（需扣除高速水流的脉动压力）、护面上的上举力和渗透压力，其抗滑安全系数应不小于1.3～1.5即为安全。②消力池、水闸底板厚度应满足抗浮稳定要求，由于底板四周边界的约束作用，一般没有滑动问题，因此仅需对其抗浮要求进行稳定计算。作用在底板上的上浮力包括渗透压力、脉动压力、底板上凸出体产生的上举力，以及下游消力池水深与水跃段内压力差。抗浮力包括底板的浮重和底板上的水重，其抗浮安全系数不小于1.3～1.5即为安全。

3 渠道信息化工程改造

渠系信息化改造，即通过遥测系统、远程监控系统、决策支持系统和人机对话系统，对渠系的输水、配水、水量、水位、水质进行监测，河道、水库、渠道工程及城市防洪预警预报，各分水口水闸启闭遥控动态自动化管理及控制。