馬小甜

(塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計(jì)院，新疆 塔城 834700)

灌區(qū)現(xiàn)有水利工程大部分始建于20世紀(jì)70～80年代，在2008年～2012年進(jìn)行過(guò)兩次局部段維修改造，骨干工程經(jīng)數(shù)十年運(yùn)行，干支渠沿線均有不同程度的老化、破損，嚴(yán)重影響到渠道正常運(yùn)行且現(xiàn)狀有局部渠道為土渠無(wú)法滿足現(xiàn)代化灌溉要求[1-2]。

錫伯圖灌區(qū)主干渠水源為錫伯圖河，現(xiàn)狀從錫伯圖渠首進(jìn)行引水。主干渠全長(zhǎng)23.15 km，設(shè)計(jì)引水流量為12 m3/s，采用渠底弧形、邊板為梯形的復(fù)合斷面，襯砌材料渠底主要采用漿砌石，邊板主要采用砼板，平均縱坡0.0103～0.0250。由于水源泥沙較大且縱坡較陡，在渠道樁號(hào)0+000～3+685、8+649～21+722兩段渠道底板的沖刷破壞非常嚴(yán)重，渠道樁號(hào)21+722～22+655段由于不均勻沉降，發(fā)生淤積現(xiàn)象，影響渠道正常運(yùn)行，干渠作為灌區(qū)的龍頭，直接影響下游灌區(qū)灌溉保證率同時(shí)也影響下游渠道的運(yùn)行安全。

1 灌區(qū)基本概況

錫伯圖灌區(qū)地處塔城市東北部。該灌區(qū)始建于1966年，灌溉面積目前已發(fā)展為28.85萬(wàn)畝(其中高效節(jié)水灌溉面積20.85萬(wàn)畝)，是塔城市重要的糧食生產(chǎn)基地。

錫伯圖灌區(qū)的水源主要來(lái)自于發(fā)源于塔爾巴哈臺(tái)山東段南坡的錫伯圖河，由《塔城市錫伯圖河水文分析計(jì)算報(bào)告》可知錫伯圖河集水面積180 km2，河長(zhǎng)29.2 km，多年平均徑流量6621×104m3；水源補(bǔ)給主要為降水、融雪和泉水；區(qū)內(nèi)汛期短暫，徑流量相對(duì)集中在4月～6月，占到年徑流量的58%，枯季徑流時(shí)間持續(xù)較長(zhǎng)，徑流量小。

根據(jù)卡瑯古爾水文站的資料分析，多年平均氣溫3.6℃，極端最低氣溫-40.5℃(1974年)，極端最高氣溫35.0℃(1974年)，氣溫年較差和日較差都較大。多年平均降水量為472.7 mm，多年平均最大風(fēng)速17 m/s，瞬時(shí)最大風(fēng)速40 m/s，多年平均水面蒸發(fā)量為1685.7 mm，實(shí)測(cè)最大凍土深1.46 m。

2 干渠條件分析

(1)渠道凍脹問(wèn)題

根據(jù)顆分資料，渠道沿線分布的卵石混合土粒徑小于0.075 mm的顆粒含量小于10%，屬非凍脹土，且該土層滲透性好，地下水位低于設(shè)計(jì)渠底高程，無(wú)凍脹問(wèn)題；渠道沿線分布的粉土粒徑小于0.075 mm的顆粒含量大于10%，屬凍脹土，設(shè)計(jì)須考慮抗凍脹問(wèn)題[3]。

(2)渠道滲漏問(wèn)題

渠道沿線分布的卵石混合土層，其滲透系數(shù)為2.3×10-2cm/s，屬?gòu)?qiáng)滲透性土層，存在渠水滲漏問(wèn)題，因此，渠道應(yīng)全斷面防滲[4]。

(3)渠道抗沖問(wèn)題

渠道沿線出露地層巖性主要為卵石混合土、粉土，其抗沖蝕能力均較差，渠道須進(jìn)行抗沖處理。

根據(jù)對(duì)灌區(qū)干渠、支渠工程的現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，本次對(duì)評(píng)價(jià)為c類、d類的渠道進(jìn)行改造。渠道改造總長(zhǎng)度47.31 km(不包括渠道管道化部分)，其中改造干渠17.69 km，改造支渠8條，共29.63 km。改造內(nèi)容見(jiàn)表1。

其二，地震法。在應(yīng)用地震法的過(guò)程中，具體在勘查地質(zhì)狀況的過(guò)程中應(yīng)用地震波，深入分析地震波所呈現(xiàn)出的形式，對(duì)礦產(chǎn)資源的分布狀況進(jìn)行深入的了解，結(jié)合地震波所表達(dá)的信息數(shù)據(jù)，來(lái)研究各層次的土壤，結(jié)合信息圖像來(lái)研究礦產(chǎn)的含量，這樣才能充分了解這一礦區(qū)的實(shí)際狀況。結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀況來(lái)進(jìn)行礦產(chǎn)勘查，有著極高的精準(zhǔn)性，因此，該方法在目前的礦產(chǎn)勘查工作者有著極為廣泛的應(yīng)用。

表1 干支渠改造統(tǒng)計(jì)表

3 干渠設(shè)計(jì)

本次干渠選線考慮新建復(fù)線和沿用老渠線兩種方案。

新建復(fù)線渠線施工位于空曠地段，條件比較好，大大降低了施工難度，施工直接開挖或回填至設(shè)計(jì)斷面，工藝簡(jiǎn)單，但開挖方量大，且后期涉及諸如占地等多方面問(wèn)題，施工成本高。同時(shí)，灌區(qū)渠床目前已處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，若較大幅度調(diào)整縱坡，將會(huì)破壞渠床的穩(wěn)定性，對(duì)周邊環(huán)境的安全造成危害。而采用老渠線時(shí)渠道施工需先清淤，對(duì)原渠底表面即將脫落的砼要鑿除，在將渠底沖洗干凈后，直接在渠底上加砌細(xì)粒砼砌卵石，施工方量小，投資低。

綜上所述，本工程宜采用老渠線方案。

(1)0+000～3+685設(shè)計(jì)方案比選

現(xiàn)狀干渠樁號(hào)0+000～3+685段，縱坡較陡，最大縱坡為0.035，底板沖刷嚴(yán)重，本次設(shè)計(jì)選定三種方案進(jìn)行比選。

方案一：在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有邊板，渠底直接加砌0.3 m厚左右的C25F200W6細(xì)粒砼砌卵石進(jìn)行防沖處理，建筑工程投資350萬(wàn)元。

方案二：在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有邊板，底部在原底板基礎(chǔ)上，設(shè)0.2 m厚砼，在砼上插石進(jìn)行防沖處理。插石長(zhǎng)度約0.2 cm，插入砼2/3，外漏1/3，建筑工程投資650萬(wàn)元。

方案三：3.68 km渠道，總落差72 m，拆除現(xiàn)狀渠道，總共需設(shè)置跌水18座，每級(jí)跌水跌差4 m，消力池寬4 m，池長(zhǎng)15 m，池深0.6 m。建筑工程投資1000萬(wàn)元。

方案二施工工藝較為復(fù)雜，需人工撿集符合尺寸的插石，撿集完成后，先澆筑砼，再人工交叉布置插石，對(duì)施工技術(shù)人員要求較高，施工質(zhì)量不易控制。

方案三跌水方案，大挖大填，占地面積較大，現(xiàn)狀錫伯圖干渠0+000～3+685右岸即為與哈薩克斯坦第三道邊界線，且右岸為傍山段，施工范圍受限，跌水施工對(duì)原渠線的縱坡改變較大，因此會(huì)造成沿線渠線的高程銜接困難，跌水施工較為困難[5]。

綜合考慮，干渠樁號(hào)0+000～3+685段，采用方案一進(jìn)行防沖處理。

(2)渠道流量確定

干渠控制灌溉面積18.73萬(wàn)畝(其中錫伯圖灌區(qū)17.73萬(wàn)畝，兵團(tuán)166團(tuán)灌區(qū)1萬(wàn)畝)，對(duì)現(xiàn)狀渠道和渠系建筑物破損較嚴(yán)重部位進(jìn)行維修和改造。

設(shè)計(jì)流量Q設(shè)灌=18.73×0.32/0.72=8.32 m3/s，加大流量Q加=1.25，Q設(shè)=1.25×8.32=10.4 m3/s。(其中：干渠樁號(hào)2+247處(地方與兵團(tuán)分水節(jié)點(diǎn)，兵團(tuán)分水量為0.44 m3/s)本次設(shè)計(jì)干渠18.28 km(樁號(hào)0+000～3+685和8+649～22+655段——干渠樁號(hào)0+000～3+685設(shè)計(jì)流量為8.32 m3/s，樁號(hào)8+649～22+655段設(shè)計(jì)流量為2.49 m3/s～0.28 m3/s。

(3)渠道斷面形式確定

由于本項(xiàng)目區(qū)渠道破壞主要在于底部沖刷嚴(yán)重，上部邊板基本完好，本設(shè)計(jì)借鑒本市其他灌區(qū)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[6]，干渠樁號(hào)0+000～3+685、8+649～21+722選用在渠底直接加砌C25F200W6細(xì)粒砼砌卵石的方案解決流速問(wèn)題，使流速控制在4.63 m/s以內(nèi)。干渠樁號(hào)21+722～22+655選用底部砌C25F200W6細(xì)粒砼砌卵石，上部接梯形砼板渠復(fù)合斷面襯砌型式使流速控制在1.15 m/s以內(nèi)。

干渠樁號(hào)0+000～3+684.63段,流速為2.96 m/s～4.29 m/s，為了渠道運(yùn)行安全，每50 m設(shè)一道隔墻，隔墻深度為1.0 m，隔墻寬度為50 cm。共設(shè)計(jì)隔墻74個(gè)。渠道旁設(shè)伴渠路，渠堤需考慮通車要求，故取為5 m，外邊坡1∶2。

(4)渠道橫斷面設(shè)計(jì)

本工程干渠樁號(hào)0+000～3+685、8+649～21+722段采用渠底加砌細(xì)粒砼砌卵石襯砌設(shè)計(jì)，邊坡與原渠道相同。根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL 18-2004)的相關(guān)規(guī)定，工程中細(xì)粒砼砌卵石渠底糙率和現(xiàn)澆砼邊坡糙率分別取0.024和0.016，渠道糙率采用綜合糙率，計(jì)算公式[7]：

nr=(n1×χ1+n2×χ2)/(χ1+χ2)。

根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》(SL 18-2004)，干渠樁號(hào)0+000～3+685、8+649～21+722以渠底采用加砌細(xì)粒砼砌卵石防滲；干渠樁號(hào)21+722～22+655以細(xì)粒砼砌卵石作為底部防滲材料，邊板采用砼襯砌的復(fù)合斷面形式[8]。

(5)抗凍張?jiān)O(shè)計(jì)

因干渠道同處錫伯圖灌區(qū)內(nèi)，抗凍脹設(shè)計(jì)以干渠原設(shè)計(jì)斷面為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明計(jì)算。

本項(xiàng)目區(qū)屬于中溫帶氣候，最大凍土深度1.5 m，干渠部分的渠段地基土為低液限粉土，按重量比，粒徑d<0.075 mm的土粒占總土重的65.1%～67%，具有凍脹性，且考慮春季融雪水下滲等因素，需對(duì)渠道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗凍脹設(shè)計(jì)[9]：

Zd=ψdψwZm

ψd=α+(1-α)ψi

式中：ψd為日照及遮陰程度影響系數(shù)；ψw為地下水影響系數(shù)；Zm為歷年來(lái)最大凍土深度，為1.5 m；ψi為典型斷面某部位I的日照及遮陰程度修正系數(shù)，本工程取ψi=1.05；α為系數(shù)，查表3.1.4取0.51～0.52；β為土類系數(shù)，按表3.1.5取0.79。Zw0為鄰近氣象臺(tái)站地下水位深度，取3.0 m；Zwi為相應(yīng)計(jì)算點(diǎn)地下水位深度，m。

表3 節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)成果表

本工程設(shè)計(jì)凍深見(jiàn)表2(按渠道走向)。

表2 項(xiàng)目區(qū)渠道設(shè)計(jì)凍深計(jì)算表

4 結(jié)語(yǔ)

渠道防滲工程的實(shí)施，可減少渠系滲漏從而減少地下水補(bǔ)給量，對(duì)降低地下水位、減輕區(qū)域土壤次生鹽漬化、改良灌區(qū)土壤會(huì)產(chǎn)生積極作用。

本項(xiàng)目建成后，隨著足水灌溉面積的增加，渠道防滲工程的建設(shè)將大大減少渠道滲漏，提高灌溉水利用系數(shù)，促進(jìn)灌區(qū)水資源的有效利用，對(duì)項(xiàng)目區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一定的有利影響，應(yīng)嚴(yán)格結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，并通過(guò)優(yōu)化工藝、嚴(yán)格管理等手段提高工程建設(shè)質(zhì)量。