額敏縣闊什比克良種場節水改造實施分析

馮建立

（新疆維吾爾自治區塔城地區額敏縣水管總站 新疆 額敏 834600）

1 縣域概況

額敏縣位于新疆維吾爾自治區塔城盆地東北部，土地資源豐富，土質肥沃，光熱資源充分，適宜種植業發展。區域屬內陸地區，遠離海洋，氣候屬于溫帶大陸性半干旱氣候，降水量小，蒸發量大，河道來水少，遠遠無法滿足灌溉的要求。當地水資源缺乏，且在年內分布不均，具有春洪、夏旱、秋枯的特點，水資源的利用率較低。當前農業仍采用傳統的大水漫灌的灌溉形式，灌溉方式落后，工程性缺水與資源性缺水矛盾十分突出，極大地制約了額敏縣經濟的發展。

闊什比克良種場包括闊什比克村和別斯塔勒村兩個村，現有人口1032人，由漢、哈、蒙等民族組成；現有耕地0.932萬畝，主要種植小麥、打瓜、甜菜、油料等作物。2012年年末，牲畜存欄頭數為0.42萬頭（只），2012年項目區人均收入為0.71萬元。

2 項目區水利工程現狀及存在的主要問題

2.1 項目區水利工程現狀

灌區內主要水利工程有干、支、斗、農四級渠道10.67km、機電井2眼，其中干渠已全部防滲，支渠已防滲2.5km，斗渠、農渠幾乎無防滲。灌區內水利基礎設施建設緩慢，工程配套不完善，支、斗、農渠防滲率低，輸水損失較大。

表1 渠道水利要素匯總表

2.2 項目區存在的主要問題

（1）水資源利用率低。由于天然來水時空分布不均衡，加之缺少控制性的調蓄骨干工程，灌區水資源利用程度低；另一方面，項目區資金缺乏，同時現有骨干渠道大多都為土渠，渠道滲漏淤積嚴重，輸水損失較多。

（2）工程問題。由于該項目區自身經濟薄弱，國家投資較少，灌區水利基礎設施建設緩慢，工程配套不完善，干、支、斗、農渠防滲率低，土渠受地質影響，輸水損失嚴重。

另外，現有渠道淤積嚴重，渠道輸水損失很大。

（3）運行管理問題。水利工程管理水平相對落后，水利建設資金投入不足，水費征收比較困難。工程維護、更新嚴重滯后。

3 節水改造實施方案

額敏縣闊什比克良種場小型農田水利工程節水改造主要圍繞灌區農業灌溉用水。灌溉用水盡可能利用地表水，然后重點抓住節水效益最大的渠道防滲工程，并完善配套設施，減少渠道滲漏損失。以節水為中心，大力推廣先進的灌溉技術。最后培訓管理人員，提高管理水平。

本次改造工程規模為小（1）型，等別為Ⅴ等，渠道及渠系建筑物級別為5級。工程主要建設內容：新建闊什比克支渠3.75km，農橋7座，分水閘6座。

3.1 渠道設計

根據渠線的地形、地質條件和額敏縣自身的特點，渠道設計應滿足穩定，防滲效果好，工程量小，造價經濟，少占地的原則。經比較，選擇渠道的過水斷面型式為梯形。

表2 方案比較表

表3 渠道抗凍脹材料方案比選

表4 h=5.0m時置換厚度

表5 渠道農橋特性表

3.1.1 渠道水利要素計算

依據《灌溉與排水設計規范》50288—99，渠道水利要素參見附表1。

3.1.2 渠道襯砌形式的確定

本次待改造支渠地面自然坡度均在1.9%～0.9%之間，地面坡度較緩。針對渠道過水斷面選型，進行了2種方案比較：

方案一：斷面型式為梯形斷面，底板、邊板均采用8cm厚的C20F200W4現澆砼板，設30cm砂礫石墊層，內邊坡為1∶1.25，外邊坡為 1∶1.25，渠頂設 50cm×30cm×6cm的C20、F200、W4 砼現澆封頂板。

方案二：斷面型式是梯形斷面，底板采用8cm厚C20F200W4現澆砼板，邊板采用8cm厚C20F200W4預制砼板，內邊坡1∶1.5，外邊坡為 1∶1.5，渠頂壓 50cm×30cm×6cm的C20F200W4砼預制板，渠底墊層30cm厚。方案比較見表2。

方案一、二比較，渠道流速均能滿足砼與砌石抗沖流速V≤2.5m/s的要求，考慮到施工工期及造價因素，方案一優勢較明顯。

3.1.3 渠道橫斷面及防滲結構設計

渠道底板采用8cm厚現澆砼板防滲，兩側邊板采用8cm厚現澆砼板防滲，內外邊坡均為1∶1.25，板下鋪設0.3m砂礫石墊層，渠道頂部設0.5m×0.3m×0.06m現澆砼封頂板，渠道每隔3m設一道伸縮縫，縫均采用高密度苯板上設2cm聚氨酯嵌縫防滲，縫寬2.0cm。渠道填筑土料壓實度為0.96，墊層砂礫中料土的粒徑d≤0.075mm的含量≤10%，砂礫石墊層相對密度Dr≥0.75。砼標號均為C20F200W4。

3.1.4 渠道抗凍脹設計

針對渠道防凍脹材料，本次設計進行了砂礫石料和苯板兩種方案的比較，見表3。

通過對施工條件、工程實踐經驗的比較，砂礫石料作防凍材料在喀什區應用比較廣泛，同時積累了很多成功經驗，且其運距短，造價低。苯板方案材料輕，需要機械少，但運距遠，而且沒有已建工程的成功經驗。綜合比較以上幾項認為，砂礫石方案從技術條件、投資上都要明顯優于苯板方案，故，抗凍脹材料確定為砂礫石料。

根據項目區工程地質勘察報告提供資料，得知該渠線屬河流沖洪積平原地貌，地形平緩，沿線現為耕地。沿線地層主要為第四系上更新統～全新統沖洪積層（Q3-4al+pl），在勘探深度3.0m內，巖性為低液限粉土，土黃色，稍濕～濕，稍密，干強度低，手捻有砂粒，無韌性，捻面有光澤。天然含水率5.4%～9.5%，天然密度 1.70～1.85g/cm3，比重 2.70，液限27.1%，塑限18.0%，塑性指數9.1，輕型動探錘擊數14～25擊，粘聚力18kPa左右，內摩擦角25.0°左右，滲透系數3.0×10-5cm/s。承載力值110kPa，壓縮模量6.0MPa。無濕陷性，屬凍脹性土，弱透水性。

渠道地下水埋深大于5.0m。

依據《渠系工程抗凍脹設計規范》（SL23—2006）要求，分別選取渠道的陰面、陽面和底面為計算點，計算各點設計凍深，然后根據地下水埋深，以及渠線走向，分別進行抗凍脹計算。

經計算，陰面、陽面和底面的設計凍深分別為：

渠道基礎下的凍脹量hf=2.19cm，2cm＜hf＜5cm，故渠基土的凍脹級別為Ⅱ級，根據《渠系工程抗凍脹設計規范》SL23—2006中4.2.3條，梯形混凝土襯砌渠道的允許凍脹量為0.5cm～1cm。而渠道凍脹量hf為2.19，需要對渠道渠基凍脹土進行置換設計。

置換深度Ze=εZd-δ0

式中，Ze——置換深度，（cm）；

Zd——設計凍深，（cm）；

ε——置換比（%），結合當地經驗參照規范5.1.5選取；

δ0——襯砌板厚度，砼板厚6cm。

其置換深度見表4。

對額敏縣大型灌區渠道（已改造）凍脹破壞情況進行調查與分析，墊層設30cm不會發生凍脹破壞。同時，對額敏縣已建工程也進行了調查，砼護坡墊層為30cm，均未發生凍脹破壞。

根據計算復核結果，結合項目區已建渠道的經驗，支渠渠道抗凍脹處理采取置換措施，具體設計如下：渠道渠底和兩側均設0.3m厚砂礫石墊層，砂礫石墊層中土粒d≤0.075mm，細顆粒含量≤10%。渠底砂礫石墊層中土粒d≤0.075mm，細顆粒含量≤10%。

3.2 分水閘設計

本次共改造分水閘6座，分水閘由上游扭面段、閘室段、下游扭面段組成。

上游渠道分水閘由7m長的細粒砼砌石扭面連接，扭面始端設0.3m厚、1.0m深的C20F200砼齒墻，扭面底板為0.30m厚的C20F200細粒砼砌石，底板下設0.30m厚的砂礫石墊層。分水閘分水角90°，閘室為分離式砼結構，閘底板長2.0m、厚0.8m，閘室底板下設0.30m厚的砂礫石墊層。閘后設4.0m長細粒砼砌石扭面與下游渠道連接。

3.3 農橋設計

本工程農橋共計6座，農橋設計安全等級為三級。橋凈寬5.4m，橋板采用0.35m厚，1.0m寬的C20鋼筋砼預制板，橋面設0.06m～0.12m厚的C20砼鋪裝層，并設寬0.3m，高0.3m的路沿石。橋墩采用C20砼重力式擋土墻型式。農橋設計參數見表5。

4 結語

通過額敏縣闊什比克良種場小型農田水利工程建設項目，可將灌區灌溉水利用系數從現狀的0.43提高到0.495，可以使現有0.932萬畝耕地得到充分灌溉，且年節約農業灌溉用水57.06×104m3。陜西水利