照壁山乡渠道更新改造工程方案探析

徐宜龙

(五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300）

0 前言

木垒哈萨克自治县位于新疆维吾尔自治区天山东段北麓，位于昌吉回族自治州最东端，是一个以牧为主农牧结合的牧业县，下辖7乡、4镇和2个牧场，年灌溉面积38.05万亩。照壁山乡现有渠道17条，总长度55.62 km，其中已防渗渠道15条，长度53.87 km，未防渗渠道2条，长度1.75 km，渠道防渗率为96.85%。大多数已防渗渠道建设早于1998年，目前渠道位移变形、垮塌、渗漏等情况严重；部分渠道因修建时不规范等问题存在渠道断面较小、渠道无压顶板、渠道破损、渠板脱落、闸门缺失、破损等问题，已经严重威胁到正常运行。渠道更新改造势在必行，本文结合现状及治理目标，对其更新改造方案进行分析。

1 治理目标

根据地区水利发展规划，本次渠道改造工程实施拟达到如下治理目标：一是要提高照壁山乡灌区水资源利用效率、减少资源浪费、保障灌区灌溉用水需求，改善灌溉面积4.69万亩；二是提升灌区灌溉水利用系数，拟将地面灌溉灌溉水利用系数预计由原来的0.5提高到0.53，节水灌溉灌溉水利用系数由0.65提高到0.69；三是加强水利工程运行管理，建成规范、科学、合理、经济的灌区末级渠系和量水网络，以达到节水增效、改善生态环境的目的。

2 实施方案

2.1 渠线比选

依据项目区实际情况和木垒县灌区多年渠道防渗经验分析，项目区目前为成熟的灌区，项目区内田、林、路、渠配套成型，渠线附近大多无可利用空地。且照壁山乡多年实施渠道防渗均为采取老渠线渠道防渗改造，利用非灌溉期间施工，技术较为成熟，且渠道施工质量有保证。因此本次项目渠线选取在老渠线基础上进行防渗改建，经济合理，也可避免破坏原有农田的格局。

2.2 渠道断面结构型式的选择

照壁山乡灌区更新改造渠道流量偏小，均≤2 m3/s，该流量下，渠道横断面常选用梯形断面或矩形断面。根据实际工况，选取典型渠段纵坡为20‰，选取设计流量为1.0 m3/s，加大流量为1.3 m3/s，两种水力计算参数及断面结构如下：

a.矩形渠，计算结果见表1，矩形渠道横断面图见图1。

表1 矩形渠道水力计算表

图1 矩形渠道横断面图

b.梯形渠，计算结果见表2，梯形渠道横断面图见图2。

图2 梯形渠道横断面图

表2 梯形渠道水力计算表

矩形渠道占地小，但其投资较高；梯形渠道占地面积较大，但投资较低。针对项目区实际情况，绝大部分采取梯形渠道，在部分沿山而建的干支渠上，为减少修渠凿山成本，局部采用矩形现浇砼渠。

2.3 衬砌防渗方案选择

a.现浇砼渠砼板衬砌

优点是标准较高，防渗效果好，断面和占地面积较小，工程耐久性较高，断面整体性好、结构性强,有利于工程安全与方便管理。缺点是现浇砼量大，工期长，在较短时间内施工难度较大。

b.预制砼渠砼板衬砌

优点是可有效安排工期，在灌溉期集中预制砼板，在停灌期进行施工。预制板采用工厂化生产，质量可靠，适应变形强，便于维修。缺点是预制砼板安装专业化程度高，工序复杂，造价较高。

两种方案防渗在渠道防冲、防淤和耐久性，和加大输水能力、提高水的利用率方面均有较好表现。根据实际情况，绝大部

分采用现浇砼渠，部分渠段根据需要采用预制砼渠[1]。

3 工程设计

3.1 主要建设内容和工程级别

照壁山乡项目区拟建渠道4条，总长14.53 km,渠系建筑物68座，其中:干渠1条，长5.07 km，渠系建筑物26座；支渠1条，长7.62 km，渠系建筑物20座；斗渠2条，总长1.84 km，渠系建筑物22座。干渠设计流量1.2 m3/s，支渠设计流量0.4 m3/s～0.8 m3/s。斗渠设计流量0.3 m3/s～0.5 m3/s。渠道工程级别为5级，渠系建筑物工程级别为5级。

3.2 主体工程设计

3.2.1 渠道流量计算

根据规范，灌溉水利用系数等于渠系水利用系数与田间水利用系数的乘积，工程建设后项目区的灌溉水利用系数见表3。项目区干支渠均为续灌渠道，灌溉流量按续灌公式计算：Q灌=面积×灌水率/灌溉水利用系数，计算结果见表4。

表3 拟建干支渠至田间灌溉水利用系数统计表

表4 更新改造干、支渠流量计算表

3.2.2 渠道水利因素的确定

项目区渠道纵坡一般在20‰左右，本次改建大多在原纵坡上进行，仅对部分土渠段进行微调整，以保证渠道满足不淤流速。设计中，现浇砼渠糙率取0.016，预制砼渠糙率取0.017。其中，破城子喷灌引水渠由于两侧山体、耕地限制，内、外边坡系数均取m=1.25；南闸支渠内、外边坡系数均取m=1.5，梯形斗渠内外边坡系数均取m=1.25。梯形及矩形渠道渠堤宽度均定为1.0 m，部分段现状堤顶宽度大于1 m，按现状宽度设计。

3.2.3 防冻胀设计

项目区最冷月（1月）的平均气温为-11.2℃，小于-10℃，属严寒地区。标准冻深为1.5 m，大于0.1 m，需进行抗冻胀设计。设计冻深计算表见表5，冻胀量计算表见表6。该土属于Ⅲ级冻胀，需设置非冻胀性土置换层防止冻胀对工程的破坏，斗渠垫层置换量表见表7。根据木垒县灌区已实施的渠道抗冻工程措施经验，底部30 cm砂砾石，边坡30 cm砂砾石即满足渠道抗冻胀要求[2]。

表5 设计冻深计算表

表6 冻胀量计算表

表7 斗渠垫层置换量表

3.2.4 不冲不淤流速

根据规范，现浇铺砌施工的渠道允许不冲流速为小于3 m/s～5 m/s，预制铺砌施工的渠道允许不冲流速为小于2.5 m/s。根据渠道水力要素表可知，照壁山乡渠线纵坡较大，渠道设计流速在1 m/s～3 m/s范围内，部分渠道流速达到4 m/s～5 m/s。

综上，本次设计不冲流速现浇砼渠按3.5 m/s进行控制，预制砼渠按2.5 m/s进行控制，对于纵坡不满足不冲流速的渠道，本次设计中一方面采取浆砌石渠底增加抗冲刷能力，另一方面设置陡坡和跌水以降低渠道流速，减少冲刷。

根据《水力计算手册》可知，渠道不淤流速经验公式为V不淤=CR1/2，本渠道泥沙性质偏粗砂质粘土，C取为0.77。渠道不淤流速复核表见表8。

表8 渠道不淤流速复核表

4 结语

照壁山乡渠道更新改造工程项目的实施，可以有效改善控制灌溉面积4.69万亩，使照壁山乡年节约水量96.04万m3。通过灌溉增产增收，达到正常运行期后经济效益可达273.22万元。项目的实施有效地提高了水的利用率，改善了灌区的农业灌溉条件，增加农民收入，还有有效地完善和提升了全乡水利工程运行管理能力，为灌区的经济发展创造良好条件。