灌區渠系改造設計探析

柳露

(新疆伊犁州喀什河流域管理處,新疆 伊犁州 835000)

1 渠首工程的改造

隨著社會經濟的不斷發展，工業化、城市化、以及農業產業化建設進程不斷加快，各業生產生活對水的需求量不斷增加，應進行灌區改造總體規劃，應對灌區渠首工程、渠系工程規模進行復核。

1）設計保證率和分析水源可供水量、流量、水源水位等參數不合理。這些參數在設計中選取的不夠合理或考慮的不夠細致、全面，因此，工程建成后與實際運行偏差較大，后續工程無法配套或無法實施，導致工程不能達到設計的預期效果。應對整個流域來水量進行復核，按照長系列資料（n≥30年）計算引水樞紐（或蓄水設施）的來水量，以此確定可供水量、設計流量及設計引水水位。

2）對原有渠首工程的改造，要根據區域性、整體規劃的要求，盡可能地增辟水源，在中下游地區興建調節水庫確保對下游供水的穩定性。

3）灌溉面積、引水流量、渠首水位的復核。灌區的設計灌溉面積、有效灌溉面積、實際灌溉面積相差很大，灌區經過幾十年的運行，環境條件發生了不同程度的改變，應按實際灌溉面積進行統計。同時，應進一步分析統計灌區作物的組成和種植比例，根據現代農業的發展趨勢和節水型技術應用，分析不同作物的灌溉制度及灌溉定額，確定灌區引水流量。由于灌區種植結構調整、面積變化，灌區內工程及防滲措施建設，對渠首所要求的設計引水位也發生了變化，應重新進行復核計算。

4）渠首控制工程的改造。對有壩取水工程，計算溢流壩長度、堰頂高程、非溢流壩壩頂高程及泄洪、沖砂、引水閘寬度、底高程等工程參數，分析上、下游防護工程改造范圍，確定工程的改造方案。對無壩取水工程，應復核進水閘寬度是否滿足設計過流能力要求，渠首引水水位是否滿足灌區自流灌溉要求，確定改建、擴建工程方案。對于已經損壞的渠首要搞清破損的原因，為改造方案的確定提供依據。

5）河道懸移質及推移質含沙量要進行收集調查、分析計算，計算的結果是否準確將影響到渠首改造方案的選取及確定沖砂寬度。

2 渠道系統的改造

2．1 渠系改造的原則

由于大多數灌區都已經運行了幾十年，隨著社會經濟的發展，農業種植結構調整及小城鎮建設等因素的變化，不少灌區的渠線布置方式已不再滿足灌區社會經濟發展的要求；不少灌區由于建設中屬于“三邊”工程，原有的渠道本身布置就不盡合理，如干渠沿線直掛斗、農渠，渠系與其它建筑物交叉混亂等，對明顯的不合理的渠線進行調整合并，按照“層次明確、長度較短、經濟合理、便于管理”的原則進行改線、改建，理清灌排體系。

2.2 渠道斷面

包括渠道的橫斷面形式、尺寸、防滲形式、抗凍改造等。

1）在改造規劃中，當渠道設計流量改變時，其縱橫斷面形式、尺寸相應也要改變。渠道橫斷面形式、尺寸改造是在原渠道的基礎上，對橫斷面進行拓寬、縮墊、整修，以滿足灌區引水流量和水位的要求。

2）渠道防滲改造包括土料防滲、砌石防滲、塑膜防滲、混凝土防滲等類型。要調查分析清楚渠道損壞原因，并進行計算確定相應的防滲形式改造。如渠道是凍脹破壞的，要增加戈壁墊層厚度，增加排水措施等；沖刷破壞的，要調整渠道縱坡、修建陡坡、跌水等，避免渠道再遭破壞。

3）防滲改造除選擇經濟合理的防滲形式和橫斷面形式外，由于襯砌材料的改變，斷面糙率發生了改變，渠道流速、設計水位也必將發生變化。因此，應對改造渠道進行全面復核，計算水位銜接情況，采取必要的工程措施滿足渠道上下級分水要求。

2.3 水力計算

為使水力計算與工程特性相一致，故正確選用計算公式十分重要。

1）對于一般渠道水流恒定、渠槽長而直、底坡沿程不變的棱柱體渠道可直接用明渠恒定均勻流公式計算。

2）對于陡坡渠道或非棱柱體渠道若渠底寬固定不變時，可采用BⅡ型降水曲線或用查爾諾門斯基方法計算；對底寬漸變的陡槽段則可用查氏方法分段計算。

3）消能設施的水力計算。采取底流式消能可以采用A·C：巴什基洛娃圖表計算。由于巴氏對各種消能設備的計算方法與步驟均較明確、詳細，計算省時，又能保證精度；但是在選定消能設施的尺寸時應該留有余地，對于一些重要的大中型工程，其水力計算成果還應通過模型試驗加以驗證；至于挑射消能計算，目前還未找到一種比較成熟適用的計算方法。

2.4 渠系建筑物

建筑物的改造主要包括以下3種：

1）除險加固。包括建筑物主體部分或基礎部分嚴重老損，如底板被淘空，基礎發生滲流、管涌、流砂、側流等破壞，由于地基承載力不足引起的建筑物變形、折斷和整體倒滑等，影響建筑物安全的工程改造。

2）恢復功能。如基礎部分、主體部位喪失功能，淤積、變形嚴重，部分結構引起的功能下降，引水量不能滿足灌溉要求，以改建、擴建恢復建筑物局部功能為目的的工程改造。

3）整修補強。主要表現在局部破損嚴重，裂縫，混凝土碳化，老化剝落，剛進外漏，進出口斷面損壞，主體建筑物部分喪失功能，以整修補強為目的的工程改造。

4）結構計算。無論哪種類型的改造，都應對損壞原因進行調查研究，選擇合適的方案進行設計，重新核算建筑物安全系數，精心組織施工，按照基本建設要求進行項目管理，確保工程質量。①對于大中型陡坡的護砌厚度應滿足滑動安全，設置伸縮縫沉陷縫以后，坡面砌護類似大面積薄板，故對基礎應力以及傾復穩定一般可不須計算，其主要控制條件是滑動穩定，作用在護面上的滑動力主要有水流拖泄力、砌體自重順坡方向的分力及護面凸體（如伸縮縫）產生的阻力；抗滑力則包括砌體自重垂直坡面的分力和水流靜壓力（需扣除高速水流的脈動壓力）、護面上的上舉力和滲透壓力，其抗滑安全系數應不小于1.3～1.5即為安全。②消力池、水閘底板厚度應滿足抗浮穩定要求，由于底板四周邊界的約束作用，一般沒有滑動問題，因此僅需對其抗浮要求進行穩定計算。作用在底板上的上浮力包括滲透壓力、脈動壓力、底板上凸出體產生的上舉力，以及下游消力池水深與水躍段內壓力差。抗浮力包括底板的浮重和底板上的水重，其抗浮安全系數不小于1.3～1.5即為安全。

3 渠道信息化工程改造

渠系信息化改造，即通過遙測系統、遠程監控系統、決策支持系統和人機對話系統，對渠系的輸水、配水、水量、水位、水質進行監測，河道、水庫、渠道工程及城市防洪預警預報，各分水口水閘啟閉遙控動態自動化管理及控制。