喀浪古爾河灌區(qū)渠道改造設計方案研究與分析

王夢君

【摘要】喀浪古爾河灌區(qū)渠道改造工程斷面形式采用梯形的斷面，既有效地利用了原渠道工程量，又保證了渠道的工程質(zhì)量。

【關鍵詞】渠道改造；梯形的斷面方案；應用與分析

1、工程概況

喀浪古爾河灌區(qū)轄三鄉(xiāng)、一鎮(zhèn)、四場和塔城市區(qū)。該灌區(qū)1950年大規(guī)模開發(fā)建設以來，灌溉面積已發(fā)展為目前的53.27萬畝，是塔城市重要的糧油、甜菜、紅花生產(chǎn)基地，但是灌區(qū)骨干水利工程至今已運行了60多年，存在著工程設施年久失修、老化損壞、滲漏嚴重、工程引水量不足等問題。本次主要建設內(nèi)容為：改造支渠9.575km，配套渠系建筑物28座。

2、基本資料

2.1 氣象。灌區(qū)內(nèi)平均氣溫5.9℃，年最冷月平均氣溫為-18℃，年土壤凍融循環(huán)次數(shù)小于100次。喀浪古爾灌區(qū)多年平均降水量為301mm，年蒸發(fā)量1023mm，由南到北遞減，遞減率為7mm/100m，蒸發(fā)多集中在5-9月，7月蒸發(fā)量最大。灌區(qū)歷年平均風速2.4m/s，最大風速40m/s，年均大風日數(shù)11.1d。平均無霜期為131d，最大凍土深度為1.46m。

2.2 水文

喀浪古爾水文站設站估算多年平均徑流量為768.5×104m3，喀浪古爾河引水樞紐處的多年平均徑流量應為1.29×108m3。灌區(qū)內(nèi)泉水量為1.61×108m3。根據(jù)《喀浪古爾灌區(qū)水資源量分析計算報告》，可知灌區(qū)內(nèi)地下水總補給量為1.3076×108m3，可開采量為0.7846×108m3。

2.3 工程地質(zhì)條件。本次實施的渠道，渠基土分別由低液限粘土、低液線粉土、卵石混合土、級配良好礫、繼配不良礫等土體組成，屬土質(zhì)邊坡。據(jù)各渠段巖性分別進行渠道邊坡穩(wěn)定性分析。

低液限粘土、低液線粉土：粘聚力15.4-23.4kPa，摩擦角20.0-28.5°，土質(zhì)渠道內(nèi)坡為1：2。

卵石混合土、級配良好礫、級配不良礫：粘聚力為0，摩擦角為38°，邊坡容許坡度值參考自然休止角確定，渠道內(nèi)坡為1：1.2。

3、工程設計

3.1 工程總體布置。喀浪古爾河灌區(qū)渠道改造工程的任務為解決灌區(qū)支渠滲漏及配套渠系建筑物工程。項目區(qū)灌溉面積10.07萬畝，改造支渠9.575km（其中西六支渠3.575km，東三支渠0.5km，東七支渠1.975km，東八支渠0.7km，東九支渠2.825km），配套渠系建筑物28座。最大設計流量為2.5m3/s，根據(jù)《渠道防滲工程技術規(guī)范》SL18-2004規(guī)定，渠道工程級別為小型5級；建筑物工程級別為5級。

3.2 渠道工程。改造支渠9.575km（其中西六支渠3.575km，東三支渠0.5km，東七支渠1.975km，東八支渠0.7km，東九支渠2.825km），配套渠系建筑物28座（其中：西六支渠分水閘9座，農(nóng)橋4座；東七支渠分水閘5座；東八支渠分水閘4座，農(nóng)橋1座；東九支渠分水閘5座）。

3.2.1 渠道流量確定

西六支渠控制灌溉面積2.2萬畝，其流量為Q灌=1m3/s，加大流量Q加=1.25m3/s。

東三支渠控制灌溉面積4.3萬畝，其流量為Q灌=2m3/s，加大流量Q加=2.5m3/s。

東七支渠控制灌溉面積1.3萬畝，其流量為Q灌=0.6m3/s，加大流量Q加=0.75m3/s。

東八支渠控制灌溉面積1.15萬畝，其流量為Q灌=0.50m3/s，加大流量Q加=0.63m3/s。

東九支渠控制灌溉面積1.12萬畝，其流量為Q灌=0.50m3/s，加大流量Q加=0.63m3/s。

3.2.2 渠線方案比較。本次實施的內(nèi)容中，西六支渠、東三支渠、東七支渠、東八支渠、東九支渠均為改造渠道，現(xiàn)狀向灌區(qū)分水的渠、路、林網(wǎng)格局已經(jīng)形成，不宜做大的調(diào)整，從地形上看，原渠線線路短，經(jīng)實地踏勘沒有更經(jīng)濟合理的渠線，故本次設計中所有的渠線仍延用原渠線。

3.2.3 渠道斷面形式的確定。由于原渠道斷面為梯形，梯形斷面在我區(qū)的渠道中應用非常廣泛，技術也比較成熟，因此本次設計渠道斷面為梯形。對渠道橫斷面尺寸的確定也進行了水力最佳和經(jīng)濟最佳斷面比較，結合工程實際情況綜合確定。

3.2.4 渠道水力計算。渠道水力計算采用明渠均勻流公式，依據(jù)已知的設計流量，渠底縱坡、邊坡系數(shù)、糙率、不沖淤流速，按最佳水利斷面的要求，計算出水深和底寬；根據(jù)實際所用襯砌材料尺寸最終確定渠道斷面。

3.2.5 渠道岸頂超高計算。渠道岸頂超高計算依據(jù)《灌溉與排水設計規(guī)范》50288—99中6.1.23規(guī)定：

3.2.6 渠道橫斷面設計。由于施工工期比較短，為了節(jié)省工期，本次改造的支渠除東三支部分采用漿砌石外，其余支渠采用的斷面形式和襯砌形式均相同，襯砌均為預制砼板。

3.2.7 抗凍脹設計。

本著工程安全、經(jīng)濟的角度，結合實際工程經(jīng)驗通過對塔額盆地的塔城市已建灌區(qū)改造好的各渠道破壞情況的調(diào)查與分析，干渠墊層設20cm-30cm沒有發(fā)生凍脹破壞。因此，本條支渠的渠道渠底和兩側均設20cm厚砂礫石墊層，渠底和邊坡砂礫石墊層中土粒d≤0.075mm細顆粒含量≤10%。

因此，本次改造支渠的渠道渠底和兩側均設20cm厚砂礫石墊層，渠底和邊坡砂礫石墊層中土粒d≤0.075mm細顆粒含量≤10%。

4、渠道工程設計方案的分析

4.1 所選支渠渠線既可縮短工期，又減少工程投資。支渠選線如果選新建復線，雖然施工期不受渠道灌溉的影響，施工強度小，施工工藝簡單。但開挖方量大，投資高。由于本灌區(qū)已經(jīng)過多年運行，渠床已處于穩(wěn)定狀態(tài)，渠道兩側灌區(qū)、下級渠道及渠道兩岸的路林都已基本固定成型，如較大幅度調(diào)整縱坡，將引起逐級渠道及兩側灌區(qū)的變動。因此，如果沿用老渠線施工期可以搶在休灌期，施工期太短，施工強度較大。但開挖方量較小，投資較小。

4.2 采用預制砼板，有效保證了工程質(zhì)量和工期。支渠斷面設計若以渠底采用現(xiàn)澆砼板，渠坡采用預制砼板。渠底施工現(xiàn)場需要支模、清倉，跳倉澆注，施工期較長，邊坡預制砼板可在預制場制作拉運至現(xiàn)場，投資高，但渠道全斷面采用預制砼板，預制砼板可在預制場制作拉運至現(xiàn)場，施工程序簡單，工期較短，投資低。所以，采用預制砼板，可有力保證工程質(zhì)量和工期。