察布查尔县灌区排洪渠工程设计方案探讨

陈夫超

(新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院，新疆 伊犁 835000)

1 察布查尔县灌区排洪渠工程建设必要性分析

近年来，新疆察布查尔县灌区农业经济取得较为快速的发展，但从察布查尔县灌区所处的地势结构来看，县域内存在着较大的洪水灾害风险，从历年降水分布特点和降水量来看，察布查尔县多年平均降水量为383.4 mm，且降水主要集中在4-8月，此阶段降水量占到全年降水总量的50%以上。再加上察布查尔县境内有60余条山洪冲沟流水，洪水在上游汇集，较容易泄入下游灌区之中，引发严重洪水灾害，尤其是在每年的4-8月，受降水量增多影响，也使得洪水灾害发生概率增大。因此，察布查尔县灌区必须加强防洪工程建设，将洪水有效引入到伊犁河之中，从而保障察布查尔县灌区的安全，使区域农业经济得到更好的发展。察布查尔县北部为自流灌区，净灌面积107.99万亩；南部为扬水灌区，净灌面积75.6万亩。在察布查尔县灌区排洪渠工程的设计中，要综合考虑灌区内的管网布置、既往排洪设施等，对灌区排洪渠工程进行有效布置。在本次排洪渠工程建设方案布置中，主要在南岸干渠自流灌区规划1～5#排洪渠，排洪渠全长75.069 km，工程总占地5 002亩，其中1 008亩属于对既往沟道的应用，新增占地3 994亩。

2 灌区排洪渠工程设计方案分析

排洪渠设计施工是一个较为复杂的过程，在设计之前对察布查尔县灌区排洪情况做详细了解，从中发现：该区域在完成南岸干渠施工建设之后，洪水显得更为集中，自流灌区纵坡较大基本在1/30～1/80，下游大河灌区纵坡较缓1/500～1/2 000，上游携带大量的泥沙，基本淤积在南岸干渠下游5 km处。因此，在此次针对察布查尔县灌区排洪渠工程的设计中，可将泥沙的淤积问题作为重点考虑内容。

2.1 设计泥沙淤积处理方案

上游洪水中含有的大量泥沙，如果直接将之引入到伊犁河，必然会对伊犁河的水生态环境造成影响。同时洪水中泥沙淤积在排洪渠道之中，也会对排洪渠的性能造成影响，因此在此次排洪渠工程设计中，主要将其聚集在南岸干渠自流灌区，并对之采取有效的除淤措施。设计具体方案为：利用自然沟道沉砂，在现有的自然沟道两侧护堤，通过扩大横断面，利用低洼地带的天然地形修筑围堤，降低流速，利用天然河床进行沉砂，为使泥沙的淤积比较均匀，一般多采用棱形布置，洪水出南岸干渠涵洞口扩散，将泥沙沉积在南岸干渠自流灌区，这样就不需要每年进行清淤，减少各类开支。在上游种树、种草等生物措施相结合等方式。再配套挖掘机，铲车，用于每年泥沙淤积的清理以及冲刷断面的修复。

2.2 排洪渠流量设计

在排洪渠防洪工程设计中，流量设计属于十分重要的组成部分，需依据以往出现的洪水流量大小，计算每个排洪渠应当承担的泄洪流量，确保排洪渠的流量满足引洪要求，从而形成对灌区作物、建筑的有效保护。此外，在实际设计中，还应考虑到退水渠、排水渠以及沿程渗漏损失等因素的影响，确保排洪渠流量设计的科学性。

如：沿程渗漏损失，会使得洪水流量出现一定的降低，为此可依据依据《灌溉与排水工程设计规范》(GB50288—99)对排洪渠沿程渗漏损失流量展开计算，计算公式如下所示：

σ=K/Qm

(1)

式中：σ表示渠道单位长度水量损失率(%/km)；K表示的是土壤透水性系数；m表示的是土壤透水性指数；Q表示的是渠道净设计流量(m3/s)

以其中3#排洪沟作为研究对象，分别对其桩号0+000～5+000段(砂砾石基础)和5+000～12+634段(低液限粉土基础)的渠道单位长度水量损失展开计算，从表2计算得到的数据结果来看，桩号0+000～5+000段和5+000～12+634段渠道每公里损失流量分别为0.15 m3和0.04 m3。由此可看出，洪水损失量相对较小，对整体造成的影响不大，因此在此次工程项目中针对排洪渠的流量展开设计时，可不考虑这方面的影响，对排洪沟的流量不做分段衰减计算。

表1 3#排洪沟流量损失计算

2.3 明确河床的稳定宽度

在南岸干渠自流灌区自然河床和排洪渠相连接时，在设计排洪渠的底部宽度时，应注意依照河床的稳定宽度来进行设计取值，同时对河床的稳定宽度做出明确，这对于充分发挥排洪渠作用，对沿岸作物进行保护有着较为积极的意义。值得注意的是，在进行河道整治的过程中，不能让河道稳定宽度过窄，这较容易使水流量增大，形成对两岸堤防的冲刷。稳定河宽与造床流量及比降的关系为公式(2)：

B=AQ0.5/J0.2

(2)

公式中B表示的是稳定河床宽度(m)；Q表示的是造床流量；J表示的是河床比降，取该段河床平均比降；A表示的河流特性系数，本工程取2.5。经计算此次各渠道的稳定河床宽度如表2所示：

表2 各渠道的稳定河床宽度计算表

2.4 护砌段堤身横断面设计

2.5 基础抗冻胀设计

察布查尔县灌区的年平均气温为7.1℃，每年最低气温在-6.0℃以下，遭遇极端性天气时，最低气温可达到-28℃以下，区域内冬季平均积雪深度约65 cm，最大冻土深度为1.08 m，较为恶劣天气环境，使得此次针对排洪渠工程设计时，应考虑到基础的抗冻胀性能，避免冻胀损害排洪渠设施，使之难以发挥出相应的性能。

依据《渠道防渗工程技术规范》中的相关技术标准来看，当渠道防渗工程所处的环境满足以下一些条件时，应对之进行专门的抗冻胀设计：(1)土质情况。如果渠道基础工程土质中含有较多粒径<0.075 mm的土粒，其比重占到整体的10%以上；(2)冻深状况。如果渠道基础工程的标准冻深大于0.1 m；(3)含水情况。如果在发生冻结现象的初始化阶段，其中含水量>0.9倍塑限含水量。在同时满足上述三个条件的情况下，应考虑渠道基础工程做抗冻胀设计。

结合本次工程地质勘测条件进行分析，其中堤防工程基础部分处于河床砾卵石层，该土层属于非冻胀性土层，因此可部队之进行抗冻胀设计；而在基础以上的护坡部位，地质勘测土壤以粉土或含砾土层为主，具有较强的冻胀特性，再加上较容易受到水浸泡作用，土壤含水量相对较高，因此在设计时应当对之做专门的防冻胀设计。此外，考虑到本工程项目区已经实施的工程，因此本工程砂砾石防冻垫层厚度均取0.45 m，垫层用砂砾料选用级配良好的天然料，要求粒径在0.1～50 mm之间，小于0.075 mm的粘料含量不得超过总土重量的10%，砂砾料垫层需分层碾压，压实后砂砾石相对密度大于0.75。

3 结语

综上所述，排洪渠工程设计是一个十分复杂的过程，在对之进行设计的过程中，应综合考虑各方面的影响因素，对排洪渠流量、河床的稳定宽度、护砌段堤身横断面、基础抗冻胀等展开设计，确保排洪渠工程的整体性能达到防洪标准要求。