新疆玛纳斯河灌区节水改造现状及对策

王 芳

（新疆玛纳斯河流域管理局,新疆 石河子 832000）

0 引言

灌区是我国粮食生产的重要组成部分,然而,由于农业用水量大但利用效率较低,造成了农业节水和用水的统筹工作与灌区设施良性运转之间的矛盾尖锐[1-3]。虽然经过多年的投入,灌区水利工程不断增多,但是由于水利工程配套不全,节水措施落后,加之部分水利工程年久失修,灌区的灌排骨干工程亟需配套完善和节水改造[4-5],从而提高农业综合生产能力,保障国家粮食安全。

1 工程概况

1.1 灌区概况

新疆维吾尔玛纳斯河灌区年灌溉用水量16 亿m3,是全国特大型灌区之一。玛河肯斯瓦特水文站1954 年~2007 年共54 年（其中1954 年、1955 年为插补值）连续的径流资料,见表1,径流多年平均月分配情况见图1。

图1 玛河流域水系、水文站网及本工程位置示意图

表1 玛河各水文站基本情况表

1.2 工程地质及水文地质

玛纳斯河肯斯瓦特以南的依连哈比尔尕山中高山区为地表水、地下水的产流区,矿化度较低,一般小于0.5 g/L。玛纳斯河为流域内最低洼处,是区域地下水汇集排泄通道,受红山嘴第三系低山阻碍,地下水自石灰窑村附近开始以下降泉水形式补给玛河,泉水总量大于6000 万m3/a。

玛纳斯河的地表水资源灌区可以使用,每年的径流量可以达到13.16 亿m3,灌区地下水天然补给量0.65 亿m3/a。灌区水资源总量为红山嘴地表径流量和灌区地下水天然补给量之和,为13.81 亿m3。

土地面积为1.98 万km2的玛河流域的耕地类型主要是灌耕灰漠土和潮土,这两种土质可以使农作物快速生长。地下水位受长期灌溉的影响一般较高,1 m~3 m之间的占灌区总面积的52%。园林地分为天然野生林和人工园林两部分。天然林地主要是天山山区的乔木林为主,人工林地主要分布在灌区及沙漠边缘,以杨树、柳树、沙枣、榆树等组成玛河灌区的农田防护林网,总面积约45.6 万亩,在绿洲生态环境中起主导作用。牧草地主要是荒漠草场,自然植被稀少,品种单一,可食性牧草不多。根据土壤盐渍化、质地、有机质、土层厚度、地下水埋深、沙化程度及水源状况综合分析,质量较好的可垦荒地约169.4 万亩,分布多不连片。

2 灌区节水改造现状及存在问题

2.1 东岸大渠改建段现状及存在问题

（1）基本情况

东岸大渠渠道流经了许多的电站、铁路以及国道,每年的径流量达到9.4 亿m3。此两段渠道现状均运行良好。

（2）改造后的渠道出现的问题。

如图2所示,渠道经改造后存在着三个主要问题。一是渠道使用时间过长,在整个渠道中有许多地方出现了干砌石剥落现象。二是渠道底板经历额水流的冲刷变得凹凸不平,渠道两边也有生长杂草。三是经过研究发现8+030.71~8+855.1 段渠道高度不符合设计要求,会阻碍渠道正常运行。

图2 改造完成的段落

2.2 东岸大渠8 km过河涵洞现状及存在问题

涵洞利用浆砌石结构设计了2 孔拱形的断面形式,整个涵洞的尺寸为2.5 m高、2.7 m宽。如图3 所示,整个涵洞全长大约为670 m,且两段涵洞之间间隔127 m,建设明渠使两段涵洞相连接。现在距离涵洞建成的时间已经约有50 年了,这么长时间的运行使得涵洞存在许多的问题,如渠道淤泥堆积、卵石松动等现象。在涵洞建成时的水流量为23 m3/s,现在却只有8 m3/s~9 m3/s,水流量大幅度降低。

图3 过河涵洞跨玛河进口现状

虽然针对这个现象采取将头浮渠引水口更改为玛河三级电站跨河渡槽引水的方案,但是不能满足人民的供水需求。而且涵洞横跨玛纳斯河的那段涵洞,其顶部以及被冲垮,河床也出现了陡坎,如果今后还没有解决方案,那么陡坎的深度还会不断增加,那么渠道的危险性也将会增加。

3 灌区节水改造对策分析

本工程建设主要目标：（1）通过改建8+030.71~8+855.1段东岸大渠,使东岸大渠的渠道水利用系数由0.920 提高到0.922。（2）保证东岸大渠8 km的过河涵洞改造后,运行安全。

3.1 改建段下游渠道的断面设计

8+900~9+910 段于2009 年改造完成。渠底及弧形坡角采用浆砌石砌筑,厚30 cm,边坡直接在现有的干砌石护坡上现浇12 cm~15 cm厚混凝土,渠底及弧底在现有的干砌石上用C20 细砾混凝土砌筑30 cm厚的浆砌石。此段渠道现状运行良好。

渠道横断面设计和渠道参数选取从施工考虑,涵洞优于渡槽。经综合比较,本阶段推荐方案如下,即引水起点位于东岸大渠8+900 节制分水闸处,终点为玛河西岸的石河子总干渠。方案平面布置见图4。

图4 线路选择平面示意图

3.2 实施方案阶段渡槽方案线路的调整

渡槽可以选择钢结构和钢筋混凝土结构两种形式,具体设计如下：

方案一：钢渡槽方案

渡槽采用梁式简支钢桁架型式,渡槽槽身长350 m,每跨20 m,计17 跨。槽身比降为0.00157。槽身采用矩形断面结构,槽底宽4.0 m,槽身高2.3 m。

钢桁架跨度20 m,底宽3.5 m,高度2.3 m,桁架节点间距为2.5 m。腹杆采用三角式体系,分别为直腹杆、斜腹杆组成。钢桁架下部梁格结构由纵向次梁、横向次梁组成,纵向次梁间距0.7 m,横向次梁间距0.5 m。

渡槽两端支承墩采用重力槽墩,墩身按1∶0.4放坡。渡槽跨中与支撑连接处设槽座,槽座厚0.9 m,宽1.3 m,采用C25 钢筋混凝土结构。槽座下设两个间距1.05 m,直径0.8 m的灌注桩,灌注桩长度10 m~15 m不等。

方案二：钢筋混凝土渡槽

渡槽采用简支梁型式,渡槽每隔2.5 m设一个拉杆及肋板,拉杆尺寸为0.2 m×0.2 m,肋板宽0.2 m,厚0.3 m。渡槽所有结构均采用C30 F300 W6 钢筋混凝土。边跨的支撑方式分别采用重力墩支撑和灌注桩支撑,其余跨均采用灌注桩支撑形式。重力边墩斜坡向下逐渐扩大,坡比1∶0.4,墩高4.2 m,设前后趾,前后趾宽50 cm,厚50 cm,底宽3.4 m。墩帽高80 cm。重力边墩墩帽采用C25 钢筋混凝土结构,其余部分采用C20 素混凝土填筑。渡槽与支撑连接处设槽座,槽座厚0.9 m,宽1.5 m。槽座下设两个间距1.3 m,直径1.0 m的灌注桩,灌注桩长度10 m~15 m不等。

钢结构渡槽的优点：钢具有良好的抗震性,稳定性也高,并且在钢结构的产品较多,有许多相同结构的能够相互拼装形成密封结构。在一年四季都能够进行施工,不影响施工期限。使用这个结构渡槽对河道行洪的影响小。缺点：钢结构容易被侵蚀,而且成本高,在运行时也比较复杂。

钢筋混凝土结构渡槽的优点：有良好的耐久性,成本较低,能够减少钢的使用。缺点：容易出现裂痕,施工的工期更长,并且有季节限制,在冬季和雨季极大多数无法正常施工。故可根据实际情况选择最优的方案进行结合和调整。

4 结论

综上所述,目前新疆玛纳斯河基础水利工程建设相比以前,有很大的提升,能够更高效地预防各种自然灾害,减少自然灾害带来的影响,促进经济的发展。虽然玛纳斯河的灌溉区已经逐步全面现代化了,让我国的自然环境得到改善,也能促进我国农业的快速发展,但是在玛纳斯河灌溉区节水改造中,仍然存在许多问题。基于此,在灌溉区节水改造过程中,应该严格遵守国家颁布的相关法律,相关部门需要针对现存问题,采取解决措施,提升灌溉区的水资源的利用率,使农业能够快速发展,也能促进我国经济快速增长。