灌区改造方案比选及实施效益分析

赵建国

（淮安市水利勘测设计研究院有限公司新疆分公司，乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

新疆维吾尔自治区加孜克图灌区现有干渠2条，支渠4条，其中干渠防渗率80%，完好率为75%；支渠防渗率10%，完好率为10%。渠系建筑物完好率10%。经过多年运行，灌区骨干输水渠道尤其是支渠，防渗率较低，完好率较小，渠道渗漏损失严重，渠道输水能力远达不到设计要求，仅能达到设计流量的58%，造成下游灌区部分耕地得不到充分灌溉，作物减产，经济效益下降。本文主要探讨通过改建加孜克图灌区渠道33.88km，新建建筑物120座等，保障灌区农牧业的健康发展。

工程区岩性为粉质黏土、含砾粉质黏土及砂卵砾石组成，多呈松散～稍密状，以粉土为主，厚度1.5～2.5m，下部砂卵砾石厚度大于2m。根据SL252—2017《水利水电等级划分及洪水标准》［1］规定：灌区控制灌溉面积4000hm2，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级。据1/400万GB18306—2015《中国地震动参数区划图》［2］，工程区地震动峰值加速度为0.30g，相当地震基本烈度Ⅷ度。

2 渠道工程技术方案选择

2.1 渠线布置方案选择

此改造的干支渠，经现场实地勘测及调查分析，目前渠线布置是合理的，渠线较为规整。只是考虑到现有渠道断面冲刷破坏严重，在其基础上改建有一定难度，另外考虑到施工与灌溉矛盾等因素，选择两条渠线方案进行比较。

方案1：维持现有渠线布置，对其进行改造。方案2：紧邻原渠线一侧新选一条渠线，新旧渠线共用一侧旧渠堤，利用原渠道进行施工导流。

表1 渠线选择方案比选

本次改建的干支渠，现有渠线布置合理，而且渠道经过几十年的运行已非常稳定，且渠系建筑物、下级渠道的底高程、农田高程已定，基本能满足灌溉需要，渠线两侧巡渠路、林带、条田均已形成，重新改线难度较大，也不利于土地资源的高效利用。因此本次推荐方案1：只能在原渠基上改建，整治、清淤、衬砌防渗。

2.2 渠道断面型式方案选择

目前中型渠道的横断面型式大致有3种，即梯形断面、梯形断面弧形坡脚及弧底梯形断面3种。考虑到梯形断面弧形坡脚渠道水流条件与梯形断面渠道差别不大，但坡脚处施工放线不易，施工难度较大，对施工质量要求较高，故本次设计考虑了两种渠道横断面进行比选分析，即梯形断面、弧底梯形断面，比选分析如下：

（1）梯形断面施工简单、渠底泥沙较为分散，不会出现渠道底板集中磨损的情况，但当渠道流速较小时，在坡脚处易产生淤积，渠底抗冻胀效果一般。

（2）弧底梯形断面施工难度较梯形断面大，对施工质量要求较高，渠底泥沙较为集中，会出现集中磨损渠底的现象，但渠底抗冻胀相对梯形断面平渠底好。

（3）考虑渠道的实际运行情况，虽然渠道首端枢纽有引水沉砂设施，但该渠道为傍山渠道，沿渠会有少量的泥砂进入渠道内，泥砂仍然会对渠底造成磨损，降低渠道的使用寿命，平渠底抗冻胀效果虽然没有弧底好，但采取了砂砾石换填后，可以完全解决平渠底的抗冻胀问题。

综合考虑，弧底梯形渠道施工难度大，水流携带的泥沙会对渠底造成集中磨损，将大大降低渠道的使用寿命，因此本次设计渠道横断面均采用梯形断面型式。

2.3 衬砌方案选择

本次针对不采用复合土工膜防渗的基本渠道断面初拟3个比选方案：

（4）稻渔综合种养模式。主要是“稻虾共作”“稻鳖共作”“稻鳅共作”等养殖模式，已成为全市渔业发展新的增长空间，是农民增收的重要途径。

方案1：C20细石混凝土砌卵石衬砌方案。渠道全断面采用C20细石混凝土砌卵石进行防护衬砌，砌石厚度为30cm，边坡1∶1.5。砂砾石垫层厚度40cm。

方案2：C20现浇混凝土板衬砌方案。渠道全断面采用C20现浇混凝土板进行防渗衬砌，现浇混凝土边板厚12cm，底板厚12cm，边坡1∶1.5。板下设砂砾石垫层，砂砾石垫层厚度40cm。

方案3：C20预制板的衬砌方案。渠道底板采用厚8cm的C20预制混凝土板，边坡采用厚8cm的C20预制板，边坡1∶1.5。板下铺设砂砾石垫层，砂砾石垫层厚度40cm。

方案比选取同一纵坡，同一设计流量参数，进行方案比选，比选结果如表2。

表2 渠道衬砌型式方案比选

通过表2对3个方案建筑材料、施工期、质量控制、抗冻胀性能、运行效果及投资的比较可看出：

方案1，施工工期较长，砌筑质量不易保证，人工费用高，防渗效果一般。

方案2具有建筑材料充足、施工快捷方便、所需工期短，糙率小、防渗抗冲好、投资较少等优点。

方案3具有建筑材料充足、施工快捷方便、可提前预制，缩短工期，糙率小、板缝多，防渗效果差，抗冲能力差等特点。

综合比较，鉴于本次改造段渠道纵坡较大，水流流速较大，本次推荐渠道衬砌型式为：方案2（采用C20现浇混凝土板衬砌型式）。

3 实施效果分析

3.1 改善农业生产条件

通过对项目区干支渠及其渠系建筑物等以水利为重点的农业基础设施建设，对损坏程度大的骨干工程进行维修改造，恢复其标准，田间工程采取节水措施，完善田间水利配套工程，改造后灌溉渠系水利用系数由现状年的0.47提高到0.53，缓解了项目区水资源紧缺的问题，项目实施后，有效利用水量较大幅度增加，可用来改良中低产田和恢复弃耕地，实现灌区良性运行与可持续发展。

3.2 新增农产品生产能力和产值

本工程实施后，高效益的经济作物给农民带来可观的经济效益，种植农作物3673.33hm2，主要种植水稻、冬小麦、玉米、豆类、油料、甜菜等农作物。其中春小麦增产1200kg/hm2，豆类增产600kg/hm2，油料增产750kg/hm2，作物总增产量3378t，增产产值1485.60万元，按照0.35的分摊系数，本项目灌溉效益为519.96万元，如表3。

表3 新增农产品生产能力及产值计算

续表3

3.3 社会效益和生态环境效益

3.3.1 社会效益

（1）项目区是粮油及畜产品基地之一，通过对灌区的改造，增加农民收入，可减轻村、镇和社会压力，维护社会稳定。

（2）通过进一步完善项目区农田水利设施，彻底解决项目区农业灌溉问题、交通设施等。

（3）通过对荒地、中低产田、水、林的综合整理，改善了农业生态环境及生产条件，提高了农业综合生产能力及耕地质量，对确保耕地总量动态平衡，增强农业发展后劲，推动土地治理工作具有较好、较大的示范作用。

3.3.2 生态效益

项目实施后，将促进灌区生物量的增长，有利于改善干旱荒漠型局地气候；灌区耕地适时适量的灌溉，势必促使土壤向有利于农牧业生产的土壤类型发展；水量得到有效保证，使灌区内通过其他渠道筹措资金规划的水土保持项目逐步实施，林网建设加强，人工草场的建立，大力建造防风林，培植沙生植被，防风固沙，都将使植被覆盖度大大提高，极大地改善和提高干旱半干旱的农业生态环境质量；提高和改善目前的环境质量，建立起一个较为完善的农、牧、渔共同发展的生态环境。

4 结语

本文通过对灌区渠线布置、断面型式、衬砌方案进行比选分析，选择维持现有渠线布置、采用梯形断面型式、使用C20现浇混凝土板衬砌作为工程改造方案。工程实施后，项目区作物总增产量3378t，项目灌溉效益为519.96万元，达到了农牧民增产增收的目的。