王芳
(新疆瑪納斯河流域管理局新疆石河子832000)
淺談瑪納斯河灌區(qū)東岸大渠改造方案比選
王芳
(新疆瑪納斯河流域管理局新疆石河子832000)
本文在瑪納斯河灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造的背景下,結(jié)合瑪河灌區(qū)基本情況,分析了東岸大渠存在的主要問題,針對東岸大渠改建段現(xiàn)狀,就其改造設(shè)計(jì)中的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了探討,以期為同類工程提供參考。
瑪納斯河灌區(qū);續(xù)建配套與節(jié)水改造;東岸大渠;改造
新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河(以下簡稱瑪河)流域位于天山北坡經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)核心地帶,地處準(zhǔn)噶爾盆地南緣,地理位置為東經(jīng)84°47′~85°31′,北緯43°40′~45°30′?,敽庸鄥^(qū)位于流域中下游的沖洪積扇傾斜平原和更為廣闊的沖洪積平原上,灌區(qū)總耕地面積357萬畝,灌溉面積316.3萬畝,年灌溉用水量16億m3,是全國特大型灌區(qū)之一。
2014年5月,瑪納斯河流域管理處計(jì)劃對瑪河灌區(qū)進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造。此次續(xù)建配套與節(jié)水改造工程為灌區(qū)骨干水利工程,主要項(xiàng)目包括:改造東岸大渠8+030.71~8+855.10段;改造東岸大渠8km過河涵洞段,配套建筑物2座。本次主要討論東岸大渠改造。
東岸大渠位于瑪河?xùn)|岸,渠道全長17.2km,控制灌溉面積316.3萬畝,年輸水量9.4億m3,擔(dān)負(fù)著灌區(qū)內(nèi)灌溉、水力發(fā)電、水庫引水、瑪電引水等重要使命。本次改建段主要擔(dān)負(fù)著灌區(qū)內(nèi)灌溉、水庫引水的重要使命。
2.1 東岸大渠改建段現(xiàn)狀
東岸大渠竣工于1959年,起始樁號位于紅山嘴渠首進(jìn)水閘,由南向北流經(jīng)瑪河四級電站、五級電站、北疆鐵路、312國道等,至瑪納斯縣的蘭州灣鄉(xiāng),渠道全長17.2km,為干砌卵石襯砌的梯形渠道,縱坡0.5%~2%。年輸水量9.4億m3。
本期改建8+030.71~8+855.10段,渠道底寬為8m,渠道縱坡0.52%~0.89%,渠深2.3m~2.5m,渠道邊坡1:1.7~1:4,渠道為干砌石結(jié)構(gòu)。渠道左側(cè)為河漫灘,渠道右側(cè)為石紅公路,路面寬6m,石紅公路右側(cè)伴有五級電站尾水渠,五級電站尾水渠在東岸大渠樁號8+855.10處投入渠道。
2.2 存在問題
該渠道經(jīng)過近50年的運(yùn)行,老化、襯砌磨損很嚴(yán)重,目前已無法滿足設(shè)計(jì)過水要求,嚴(yán)重制約了灌區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展,急需改造。渠道目前存在以下問題:
(1)渠道磨損破壞嚴(yán)重,沿線多處出現(xiàn)大片面積的干砌石剝落現(xiàn)象。
(2)渠道變形嚴(yán)重,底板凸凹不平,邊坡雜草影響渠道過流能力。
(3)經(jīng)復(fù)核計(jì)算,8+030.71~8+855.10段渠道超高不夠,影響渠道的安全運(yùn)行。
本次改造以提高用水效率和效益為中心,把大力推進(jìn)節(jié)水型社會建設(shè)作為灌區(qū)節(jié)水改造的指導(dǎo)思想,同時遵循以下兩點(diǎn)基本原則:①從全局利益出發(fā),優(yōu)選地理位置重要,破損嚴(yán)重的渠道進(jìn)行防滲改造。②以工程現(xiàn)狀及存在問題為著手點(diǎn),結(jié)合當(dāng)?shù)夭牧霞肮芾硭剑怨?jié)水防滲為中心,合理調(diào)整工程布局,保證建筑物的完整和配套,同時采用先進(jìn)適宜的工程技術(shù)。
3.1 線路選擇
東岸大渠全長17.2km,本期改造8+030.71~8+855.1段。該段左側(cè)為河漫灘、林帶,右側(cè)伴行石紅公路及電站尾水渠?,F(xiàn)狀渠線順直,若另選線路,受原有建筑物影響,需要增加大量投資。因此,本期改造渠線仍沿用原渠線。
3.2 渠道縱斷面設(shè)計(jì)
改建渠道縱坡主要受渠道原節(jié)制分水閘底板高程及原已建渠段渠底設(shè)計(jì)高程控制。渠道縱坡共分為三段,渠道縱坡取5.2‰~9‰。
3.3 渠道斷面型式選擇
現(xiàn)狀渠道斷面為梯形斷面,渠道斷面可采用梯形和弧形坡腳梯形斷面兩種方案。由于渠道運(yùn)行數(shù)十年,渠道斷面經(jīng)每年的維修,現(xiàn)狀已不規(guī)則,存在左右邊坡不對稱,渠道底寬不規(guī)則等現(xiàn)象。如果采用弧形坡腳梯形斷面,由于渠道輸水流量較大,渠底較寬,施工難度較大。另外參照本條渠道已經(jīng)施工段的設(shè)計(jì)橫斷面形式,本期改建段渠道斷面型式仍采用梯形斷面。
圖3 方案二示意圖
表1 兩方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對比
表2 東岸大渠改建段水力計(jì)算表
3.4 渠道參數(shù)選取
(1)邊坡系數(shù)。改建段老渠現(xiàn)狀斷面已不規(guī)則,經(jīng)實(shí)測邊坡為1:1.5~1:4,渠道底寬8m。改建渠道斷面基本接近老渠道斷面,以渠道回填量最少為原則,渠道邊坡為1:1.85、1: 2.6。
(2)糙率。依據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL18-2004),結(jié)合工程特點(diǎn),現(xiàn)澆砼板糙率取0.015,漿砌卵石糙率取0.025。
渠道設(shè)計(jì)斷面中含砌石和混凝土兩種襯砌材料,糙率采用綜合糙率,計(jì)算公式如下:
式中,n1——襯砌材料1糙率,渠道邊坡襯砌采用現(xiàn)澆混凝土板;
n2——襯砌材料2糙率,渠道底部采用漿砌石,糙率采用0.025;
x1——襯砌材料1的斷面濕周(m),本工程指為現(xiàn)澆混凝土板邊坡的濕周長度;
x2——襯砌材料2斷面濕周(m),本工程指渠道底板漿砌卵石的長度。
3.5 渠道襯砌材料選擇
根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,渠道存在的主要問題:渠道老化、滲漏嚴(yán)重。因此對此段渠道改造的主要措施就是防沖、防滲措施。
現(xiàn)狀渠道邊坡及底板均采用干砌卵石,縱坡5.2‰~9‰,渠道流速3m3/s~4.4m3/s。干砌卵石只能起到防沖刷的作用,不能起到防滲作用,根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,該段地層屬中等透水,因此,襯砌材料應(yīng)該同時具備防沖和防滲的作用,根據(jù)就地取材的原則和該渠道流速大的特點(diǎn),可選材料為現(xiàn)澆混凝土板和漿砌卵石,如果全斷面采用現(xiàn)澆混凝土,渠道流速將達(dá)6m3/s以上,超過規(guī)范允許的混凝土板的不沖流速,根據(jù)實(shí)際情況,本文采用兩種方案進(jìn)行比較,方案一:渠道采用底板漿砌卵石+邊坡現(xiàn)澆混凝土板;方案二:全斷面采用漿砌石襯砌。
方案一:現(xiàn)澆混凝土邊坡+漿砌卵石底板。
渠道底部襯砌結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次為:原渠道干砌卵石層→30cm厚漿砌卵石護(hù)面。邊坡襯砌結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次為:原渠道干砌卵石層→C10混凝土找平層→采用15cm厚混凝土護(hù)面。
方案二:漿砌卵石方案。
在原斷面上砌筑30cm厚C20細(xì)粒混凝土砌卵石,渠道底寬及邊坡系數(shù)同原渠道。
通過表1可以看出,兩方案均滿足工程運(yùn)行要求,方案一與方案二投資相差不大,方案一施工相對簡單,施工進(jìn)度快,工期有保證;方案二需要大量卵石,采集困難,施工質(zhì)量不易控制,施工進(jìn)度慢。本段渠道每年停水期時間較短,為了不影響施工,本段渠道襯砌采用底板漿砌卵石+邊坡現(xiàn)澆混凝土板。
3.6 渠道的水力計(jì)算
渠道的水力計(jì)算采用明渠均勻流公式。①8+030.71~8+250.00段:渠道底寬8m,渠道邊坡系數(shù)m=1.85,經(jīng)計(jì)算渠道最大水深1.52m,渠深2.6m;②8+250.00~8+700.00段:渠道底寬8m,渠道左邊坡系數(shù)m=1.85,右邊坡系數(shù)m=2.6,經(jīng)計(jì)算渠道最大水深1.39m,渠深2.4m;③8+700.00~8+855.10段:渠道底寬8m,渠道左邊坡系數(shù)m=1.85,右邊坡系數(shù)m=2.6,經(jīng)計(jì)算渠道最大水深1.59m,渠深2.7m。具體計(jì)算結(jié)果見表2。
綜上所述,東岸大渠改造渠線仍沿用原渠線;渠道縱坡取5.2‰~9‰;渠道邊坡為1: 1.85、1:2.6;現(xiàn)澆砼板糙率取0.015,漿砌卵石糙率取0.025;本段渠道襯砌材料采用底板漿砌卵石+邊坡現(xiàn)澆混凝土板。
本工程實(shí)施后,可使灌區(qū)作物得到及時灌溉,改善灌溉面積5.1萬畝,提高灌區(qū)灌溉保證率和農(nóng)作物單產(chǎn),從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益,促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,逐步實(shí)現(xiàn)水資源利用從粗放型向集約型方式的轉(zhuǎn)變,有力地推動節(jié)水灌溉事業(yè)的發(fā)展。陜西水利
(責(zé)任編輯:唐紅云)
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