峨河灌区渠道改造技术应用研究

左学文

(山西水务工程建设监理有限公司，山西 太原 030000)

0 引言

灌区渠道改造是促进灌区经济发展的重要手段。对渠道进行针对性的改造，不但可以提升灌区的水资源利用，还可以促进当地灌溉工作的有序推进。目前，灌区水利普遍存在渠道长、分支多、建造年代久远、水资源渗漏严重的问题。这些问题的存在对于发展节水农业造成了巨大的阻碍。对灌区渠道改造可以提高渠道的送水效率，促进节约农业的发展，推进灌区经济可持续发展。

峨河灌区东、南、西干渠已运行40余年，因建筑物的老化造成了原有渠道及砌体的损坏，渠道因年久失修形成淤积，因运行后缺少维护造成了部分渠道填埋于地下。渠道经过村庄的路段因生活垃圾随意排放造成了严重的污染，导致了渠道不能正常使用。渠道在灌区的基本灌溉作用不能得到正常发挥。峨河灌区渠道改造具有重要的现实意义。

1 工程概况

峨河灌区地理位置处于山西省，灌区的覆盖面积7386.59hm2，是代县地区最大的灌溉区。灌区地形由东南向西北倾斜，灌区内土地肥沃，耕作细致，经济作物占有相当比重，单产较高。灌区的水源来自于峨河引水枢纽工程。峨河为滹沱河的一级支流，位于代县东南部，发源于五台山主峰北台顶下，经繁峙县宽滩最后流入滹沱河。对峨河灌区的原有渠道进行改造后，可以对原有因渠道破坏而不能灌溉的地区进行灌溉，面积可以达到447hm2，改善后灌溉面积增加899.99hm2。该灌区的水利工程运行至今，仅进行过一次加固改造。本次灌区渠道改造工程位于代县东部，涉及峨河灌区渠首引水枢纽、东干渠、西干渠及支渠改造。

2 灌区渠道现状及存在的主要问题

根据现场调查，峨河灌区干渠首部引水工程存在渠道淤积问题，导致渠道运行不畅。灌区渠道建造时间较长，因长期的水力侵蚀，造成了渠道损害。部分渠道水利构筑物的闸门处闸孔存在淤积，造成闸门开启困难，导致水工构筑物不能正常使用。东干渠部分，因靠近村庄，生活垃圾的堆存造成渠道的淤堵及损坏。同时因生活垃圾的随意堆积，造成了渠道中水质的污染。渠道的沉砂池破坏严重，需要重新修复。目前灌区内所有暗涵没有淤积现象，且建筑物状态较好。灌区明渠内因垃圾堆积问题淤堵严重，渠道损坏严重。峨河灌区部分U型渠损坏严重，已经出现渗漏，防渗功能缺失。峨河灌区主干渠年久失修，导致水资源无法正常输送，灌区功能无法正常发挥，灌区农作物不能得到正常灌溉，严重地制约了当地经济的发展。

3 渠首引水枢纽工程改造

3.1 左右岸水闸改造

左岸和右岸水闸原状为4孔布置。柱墩的原结构为浆砌石，整个柱墩的高度为4.65m，其中下部边墩的宽度为1.05m，中部墩的宽度为0.93m。水闸上部设置的原有启闭机房为砖砌结构，高度3.5m。机房整体结构未发生变化。水闸因门槽的宽度过低，在运行过程中无法正常止水。本次改造过程中左岸和右岸水闸部分的新设置6扇闸门，并在水闸的上游增设P型止水结构。在水闸上设置6t及4t的手电一体式螺杆启闭机，配备有自动关停功能。水闸上部结构全部拆除，并用商品混凝土填充至原有高度。为了确保闸墩结构的稳固性，需要将原有的闸墩局部1.2m以上拆除处理，并用C30商品混凝土重新浇筑。闸门槽部分需要提前留置后浇带，后浇带采用防渗商品混凝土进行浇注。

3.2 滚水坝及连通箱涵改造

滚水坝内部原有结构为浆砌石，外部采用混凝土浇筑。因缺少维护，滚水坝出现大面积破坏，主体结构损坏，滚水坝箱涵盖板面层已经全部剥蚀。在保证经济合理的基础上，对滚水坝面层进行全部剥离处理后再次重新浇筑，浇筑宽度0.5m。滚水坝箱涵重新制作，滚水坝箱涵采用钢筋混凝土结构，主体结构现场浇筑，滚水坝箱涵盖板采用预制结构。本次改造对水闸下游的暗涵结构进行拆除改造，拆除后采用浆砌石结构重置。

3.3 沉砂池改造

位于右岸水闸下游的东干渠，渠道20m处修建有沉砂池。本次对沉砂池进行改造，主体结构采用钢筋混凝土结构。整个沉砂池长度30m，深度为2.10m，宽度为6m。为了确保有效的沉沙作用，池子底部采用3%的坡度，整个结构采用重力排砂方式。沉砂池的流量设定为0.95m3/s，整体流速需控制在0.41m3/s左右。在渠道水流量较大时，水流在沉砂池内的停留时间应大于30s，一般控制在30s到60s之间，这样才能保证沉沙作用的发挥。沉砂池的日常水深控制在1.2m之内，一般控制在0.36m到0.99m之间。

4 渠道防渗衬砌工程应用

根据现场踏勘，需要进行渠道防渗改造的区域为东1干渠及东2干渠和西干支渠。防渗改造主要在渠道使用最频繁的田间和地头区域。其中东干渠2支，西干渠有13支，防渗改造长度总计为22公里。防渗改造后，东干渠部分灌溉方式为续灌，西干渠部分灌溉方式为轮灌。

4.1 设计流量计算

该灌区源头为山西代县峨河流域。因峨河流域上游没有水库对水资源进行统一调蓄。为合理调配峨河流域的水资源，在夏季雨水多的时候可以采取引洪淤灌措施。通常选择最不利情况对渠道的流量进行设计验算。灌区范围内渠道的设计流量计算结果见表1。

(1)

式中，Q—引洪流量，m3/s；F—淤灌面积，亩；h—淤灌深度，m，此次淤灌深度取0.3m；t—淤灌时间，h，此次淤灌时间取12小时；n—完成淤灌的次数，此次次数取2；η—渠道有效利用系数，此次利用系数取0.61。其中：东一干渠0.58万亩，东二干渠0.26万亩，西干各支渠控制灌溉面积见表2。

表2 渠道设计流量计算表

4.2 渠道断面设计

渠道设计采用U型断面，采用明渠均匀流公式(2)计算。渠道水利计算结果见表3。

(2)

表3 渠道水力计算表

式中，Q—渠道设计流量，m3/s；i—渠底比降；h—水深，m；R—水力半径，m；C—谢才系数；X—湿周；b—底宽，m；A—过水面积，m2；m—边坡比。

东1干渠原结构为浆砌石，水渠顶部宽度在0.9m到1.6m之间，水渠的深在0.7m到1.6m之间，水渠整体的坡度为1%。目前东1干渠整体破损严重，同时存在渗漏以及淤积问题，已经严重影响了水渠的使用，需要进行改造处理。东1干渠改造利用内衬U型渠的方式，在水渠顶部设置厚度0.1m的预制钢筋混凝土盖板。水渠内部采用重新浇筑标号为C20的防渗混凝土，浇筑厚度不小于100mm。根据U型渠的整体规划，在顺流方向需设置伸缩缝，每隔4m设置一条，宽度为2cm，采用填充石油沥青的方式进行防渗处理。

东2干渠部分原结构为浆砌石，水渠顶部宽度在1.0m到1.3m之间，水渠的深在1.0m到1.3m之间，水整体的坡度为0.9%。东2干渠主体结构整体破损严重，同时存在渗漏以及淤积问题，已经严重影响了水渠的功能，需要进行改造处理。东一干渠改造利用内衬U型渠的方法，在水渠顶部设置厚度0.1m的预制钢筋混凝土盖板。水渠内部采用重新浇筑标号为C20的防渗混凝土，浇筑厚度不小于100mm。根据U型渠的整体规划，在顺流方向设置伸缩缝，每隔4m设置一条，宽度为2cm，采用填充石油沥青的方式进行防渗处理。

西干支渠共13条，原主体结构为预制U型渠，水渠顶部宽度在0.4m到0.8m之间，水渠的深度在0.5到0.8m之间，水渠整体坡度为1%。西干支渠13条支渠全部存在整体破损严重的情况，且存在渗漏以及淤积问题，已经严重影响了水渠的功能，需要进行改造处理。西干支渠13条支渠改造采用内衬U型渠的方法。水渠内部采用重新浇筑标号为C20的防渗混凝土，浇筑厚度不小于100mm。在渠道断面选择上，西2支为D40U，西7支及西10支为D70U，其余均为D50U。根据U型渠的整体规划，在顺流方向设置伸缩缝，每隔4m设置一条，宽度为2cm，采用填充石油沥青的方式进行防渗处理。

5 渠道管道化改造工程应用

为了避免有生活垃圾淤积进入水渠，造成水源污染及渠道破坏。需要对管道改造。在最不利情况下对渠道流量进行设计验算，采用引洪灌溉设计流量。管道水力选用上式(1)计算。见表4。

表4 管道水力计算表

由上表4分析可知，对渠道的管道进行改造后过水流量满足灌溉要求。其中东干渠选用DN800混凝土管道，东二干渠选用DN800混凝土管道，西干渠选用DN800混凝土管道。改造后渠道满足防淤积和防渗的要求，且便于日常的清淤工作实施。

6 结语

峨河灌区渠道改造工程实施后，不但便捷了当地农民的农业灌溉，还能促进局部生态环境的恢复，实现农、水、田、林等的完善配套，对于促进当地的生态环境改变具有积极的作用。工程完成后可以有效提高农业产量，进而进当地的农业经济发展。同时，农业经济发展的持续发展又促使当地可持续发展能力不断增强，进而促进经济社会整体的可持续发展。该项目的实施社会效益明显。对峨河灌区渠道沿线生态治理的探讨，在后续的研究工作中加以完善。