富南灌区旱改水工程矩形渠技术应用分析

陈百鸣

(富裕县水务局，黑龙江 富裕 161200)

1 工程概况

富裕县富南灌区是引嫩扩建骨干一期灌区中通过北引引水灌溉的灌溉面积较大的灌区之一，位于富裕县境内东南部，灌区东部以北引总干渠为界，南部与林甸县北部相邻，至绍文乡林场，西至龙安桥镇富欣村，北至乌裕尔河滩地。境内有碾北公路，村村通公路，交通便利。

2014年选定富南灌区临近富路镇核心项目区和董江屯示范区两个区域的旱田做为水利工程体制改革示范基地项目进行旱改水设计、实施。项目区受益单位为富路镇辖区5个村屯，总人口为0.90万人，其中农业人口0.75万人。核心项目区总面积342.316 hm2，采用Z400型矩形渠[1]新建农渠25条，总长6915 m；采用Z500型矩形渠新建斗渠5条，总长6094 m；采用Z500型预制整体式斗门新建斗门5座；采用Z400型预制整体式斗门[2]新建农门320座。截至目前矩型渠工程运行良好，达到设计目的。

2 矩形渠技术应用分析

2.1 比较前提及内容

在工程设计及实际应用中土渠+预制混凝土板形式的梯形断面灌溉渠道(简称混凝土板渠道)应用较多。下面就对同时满足灌溉需求的情况下相同底宽相同过水面积的两种渠道防渗型式进行比较。依据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》(SL 654—2014)，选定项目要比较的渠道为5级灌溉渠道[3]，使用年限为20 a，因此确定两种渠道的比较周期为20 a。

灌溉渠道设计中常采用的型式有现浇混凝土板渠道和预制混凝土板渠道两种。本次对单位长度的预制混凝土板渠道与矩形渠渠道这两种型式进行比较。综合考虑工程建设期投入、占地成本以及运行期维修养护成本三个方面对每延米灌溉渠道总成本进行比较。

2.2 结构设计

矩形渠混凝土强度指标C50F300，结构示意图[4]见图1、结构尺寸见表1。

在同时满足工程灌溉需求的情况下，两种渠道结构形式设计参数见表2。

混凝土板渠道采用梯形断面形式，边坡及渠底均采用混凝土板护砌。衬砌结构层从上至下依次为混凝土板厚度为8 cm，砂垫层厚10 cm，复合土工膜一层。护砌渠道上加封顶板，厚度为8 cm，宽度为20 cm，其下砂垫层厚10 cm。两种结构形式渠道均是为土地平整完成后挖方渠道。两种结构形式每延米渠道工程量见表3。

图1 矩形渠结构示意图

型号断面尺寸/mmabcdefgrlZ400400368400405656480602000Z500500460500608080640802000

表2 两种渠道结构形式设计参数表

表3 同底、同过水断面建设期工程量、预算比较

2.3 经济比较

(1)项目建设期投入。依据黑龙江水利厅黑水发〔2011〕609号《工程设计概(预)算编制规定》、黑龙江水利厅黑水发〔2013〕609号《建筑工程预算定额》、黑龙江水利厅黑水发〔2011〕609号《工程施工机械台班费定额》。人工预算单价执行二类地区相应人工预算单价：技术工66.84元/工日、普工45.68元/工日。主要材料采用哈尔滨市2014年1季度市场价格。汽车运费参照物流市场价格计算，装卸费按黑交发〔1996〕326号文的规定计算。运输保险费按黑龙江省水利厅〔2002〕517号文执行。砂石料、水泥、钢筋、汽油、柴油限价计入工程单价，差价部分计入税金后列入相应部分之后。取费按照其他水利工程标准取费。建设期工程预算比较见表3。

(2)工程占地成本。相同底宽、相同过水面积情况下，两种结构形式的渠道占地面积有所不同，两种形式每延米渠道占地面积比较见表4。占地成本含工程占地补偿费和因占地种植作物的产出效益损失两部分[5]。

依据《中华人民共和国土地管理法》和《黑龙江省人民政府关于印发黑龙江省征地区片综合地价实施办法的通知》〔2011〕51号等有关文件，本项目工程所在地的征地区片综合地价为40元/ m2，工程永久占地补偿费为 76.84元/m2。每延米渠道占地费用见表4。

单位面积耕地产出效益计算，选定测定地为水田，水稻产量按8250 kg/hm2计算，耕地每年的产出效益为2.47元/m2,按计算期20 a计算为49.40元/ m2。每延米渠道占地产出效益损失见表4。

表4 每延米渠道占地产出效益损失比较

(3)运行期维修成本。运行期维修成本的估算：混凝土板渠道，根据小型农田水利工程维修养护定额及工程实际，混凝土板渠道每年的维修费用按建设期投资的2%计算；矩形渠渠道，每年的维修费用按建设期投资的1%计算。 运行期20 a维修养护成本见表5。

综合工程建设期投入、占地成本以及运行期维修成本三个方面比较分析，两种形式渠道经济分析汇总见表6。

表5 每延米渠道运行期20 a维修养护成本比较

表6 两种形式渠道经济分析汇总比较 元

3 矩形渠优势分析

(1)经济性。通过以上对矩形渠与混凝土板渠道结构两种形式的经济性比较，可以看出Z400、Z500 两种形式矩形渠在20 a使用期内的总成本的优势。

由于以上计算采用了20 a的计算期，没有体现出矩形渠C50F300高强度的优势，如比较周期设为40 a，矩形渠可以继续使用，而梯形预制混凝土板渠道需要二次投资，占地成本及维修养护费用也相应发生变化。两种形式渠道40 a比较周期经济分析汇总比较见表7。

由以上计算结果可以看出，随着比较期的增加，矩形渠的经济优势更为明显。

(2)超高的力学性能。预制混凝土矩形渠具有强度更高，韧性更大显著特点，抗压强度为50 MPa，是普通混凝土的2倍多。具有优良的力学特性。

表7 两种形式渠道40 a比较周期经济分析汇总比较 元

(3)优异的耐久性。预制混凝土矩形渠使用悬浮式振动台振动而成，内部的空隙量极小，使得空气渗透数低，水分吸收特征值小，其耐久性能比普通混凝土以及高性能混凝土好得多，使用寿命可达50 a以上。能够抵抗300次以上的冻融循环试验。

(4)良好的环保性能。预制混凝土矩形渠使用原材料是符合我国可持续发展战略要求的环保材料，在同等承载力条件下，CO2排放量是普通混凝土的一半左右，对不可再生的自然资源骨料的用量，只占普通混凝土的1/4。

(5)减少占地。预制混凝土矩形渠真正实现了最佳输水矩形断面输水，与传统相同输水能力的U形渠道与梯形(内外坡均为1∶1)相比，减少渠线占地1/3以上。

(6)输水、节水效率高。预制混凝土矩形渠使用先进悬浮式振动台、浇筑型混凝土振捣而成，表面更光滑、糙率更低，长度2000 mm，接缝少。输水、节水效率更高。

(7)装配构件质量优良、施工方便。装配构件放水口、止水条等配套齐全，组件配套安装方便、简单。施工更加方便快捷。

(8)高性价比。预制混凝土矩形渠长度2000 mm，产品连接处采用遇水膨胀止水橡胶条密封，最大限度实现渠道防渗。安装施工过程中，预制混凝土矩形渠与传统渠道防渗结构相比，土方开挖、回填量大量减少，质量更容易控制。其整体防渗效果好，取消了防渗膜的铺设。该技术省时省工，可减少工程造价，具有较高的性价比。

4 结 语

通过工程多年实际运行和观测，得出矩形渠能够提高灌溉水利用系数，增加灌溉面积和耕地面积，充分实现水、土自然资源高效开发和利用，能够成为目前国内传统灌溉渠道防渗衬砌升级换代产品，值得大力推广应用。