塔城市小型農田水利工程設計方案研究與分析

【摘要】塔城市恰合吉牧場小型農田水利工程渠道改建工程，斷面形式采用現澆混凝土板梯形斷面，有效地利用了原渠道工程量，既保證了渠道工程質量，又降低了工程造價。

【關鍵詞】渠道改造；現澆混凝土板梯形斷面方案；應用與分析

1、工程概況

恰合吉牧場遲尼拜村二支渠渠道是漿砌石，經過近30多年的運行，工程年久失修，大部分防滲渠道因在山區，損害嚴重。防滲率較低，渠系建筑物均存在不同程度的損壞，供水能力大幅度降低，嚴重制約了項目區人民脫貧致富奔小康的步伐。本次改建二支渠3.0km，建筑物3座，建成后可提高用水率，也提高了農作物的產量使項目區的農業得到了有利的發展。主要任務是解決項目區1.24萬畝耕地灌溉用水。

2、基本資料

2.1 氣象。項目區平均氣溫5.9℃，極端最高氣溫為40.3℃，極端最低氣溫為-39℃，年最冷月平均氣溫為-18℃，年土壤凍融循環次數小于100次。最大凍土深1.46m。多年平均風速2.5-3.1m/s，最大風速達34m/s。

2.2 水文。項目區主要依靠錫伯圖河水灌溉。錫伯圖河渠首設計年徑流量年內分配以實測系列典型年的分配為依據。根據年水量相近，灌溉期來水量偏少的選擇原則，在實測系列中分別選取1985年、1987年和1986年為典型年，采用水量控制、同倍比縮放，得到不同保證率P=25%、P=50%、P=75%和P=95%（豐水、平水、枯水和特枯水）的設計年徑流量年內分配。錫伯圖河渠首多年平均泥沙總量為0.86×104t。

2.3 工程地質條件。項目區所在區域附近無中強地震，根據《中國地震動參數區劃圖2001》分析，工程區所在區域地震基本烈度6度，動峰值加速度0.05g，地震動反應普特征周期0.35s。恰合吉牧場遲尼拜村二支渠長3.0km，渠道呈南北走向，位于山前丘陵區，地形稍有起伏。渠基土巖性分為二層：第①層低液限粉土：層厚1.0～1.5m，土黃、灰黃色，松散，干燥～稍濕，上部0.2～0.3m為耕植土；土中粒徑<0.05mm的顆粒含量大于6%，屬凍脹性土；具輕微～中等濕陷性。第②層粉土質礫：埋深1.0～1.5m，層厚大于4m，土黃色（局部青灰色），松散～稍密，稍濕～濕，以圓礫為主（局部為角礫），粉土充填，粉粒含量10%～20%；土中粒徑<0.05mm的顆粒含量小于6%，屬非凍脹性土；滲透系數2.2×10-3cm/s，中等透水性。該段地下水屬孔隙型潛水，勘探深度5m內未見地下水。

3、工程設計

3.1 工程總體布置。由塔城市水管總站提供的該灌區多年引水資料分析，恰合吉牧場遲尼拜村二支渠接錫伯圖灌區新四支干渠，新四支干渠分水流量為1.5m3/s。本渠道改造工程的任務為解決二支渠滲漏及配套渠系建筑物工程，二支渠3.0km（樁號0+000～3+000），渠系建筑物3座。最大設計流量為0.8m3/s，根據《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）規定，本次改造渠道的工程規模屬小2型，工程級別為5級，永久性主要水工建筑物級別為5級。

3.2 渠道工程

3.2.1 渠道流量確定。恰合吉牧場遲尼拜村二支渠控制灌溉面積1.24萬畝，設計流量Q設灌Q=0.8m3/s，加大流量Q加=1.25Q設=1m3/s。

3.2.2 渠道斷面形式的確定。渠道斷面形式沿用原渠道梯形斷面形式。對渠道橫斷面尺寸的確定也進行了水力最佳斷面和經濟最佳斷面比較，并結合工程實際情況綜合確定。

3.2.3 渠道水力計算。梯形渠道過流能力計算采用明渠均勻流公式計算。

3.2.4 渠道岸頂超高計算

3.2.5 渠道橫斷面設計。根據分水閘流量為0.08m3/s，通過渠道水力要素計算，因分水流量小，渠深相差不大，所以渠道橫斷面均采用渠深0.7m，渠底寬0.5m，渠道上口寬2.6m。

渠道斷面形式為梯形，渠底和邊坡及渠道頂部均采用C20F200W4現澆砼板，砼板厚8cm，內邊坡為1：1.5，渠底寬0.5m，渠深0.7m，堤頂寬1.5m，渠道下部設20cm砂礫石墊層。渠道每3m設一道橫縫，均采用高密度苯板上灌聚胺酯處理，縫寬2cm。渠道填筑土料要求壓實度≥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。通過對渠道水利要素計算見下表，流速分別為2.3m/s、2.24m/s、2.07m/s、2.01m/s、2.24m/s均滿足《灌溉與排水工程設計規范》GB50288-99流速。砼糙率取0.017。襯砌防滲形式：全斷面采用現澆砼板作為防滲材料，確定渠道規模為小2型，渠道砼板厚度確定為8cm。

4、渠道工程方案分析

4.1 所選渠線既可縮短工期，又減少工程投資。遲尼拜村二支渠渠線如果選新線，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。因此擬建的渠道為老渠改造，渠道經過多年的運行，渠床已處于穩定狀態，渠道兩側灌區、下級渠道及渠道兩岸的路林都已基本固定成型，渠道如較大幅度調整縱坡，將引起渠道及兩側灌區的變動。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，所以渠線仍延用原渠線。

4.2 充分利用原渠道梯形斷面，有力保證了工程質量。梯形斷面在我區的渠道中應用非常廣泛，技術也比較成熟，施工方便，工程造價略低。本次二支渠斷面設計以現澆砼板作為防滲材料，基礎開挖后可現澆，支模容易，施工工藝簡單，施工期較短，整體性好，工程質量較好。因此，渠道斷面形式沿用原渠道梯形斷面形式。

4.3 渠道襯砌優選現澆混凝土梯形斷面，糙率小，防滲效果較好。遲尼拜村二支渠道襯砌用現澆混凝土襯砌。基礎開挖后可現澆，支模容易，施工工藝簡單，施工期較短，整體性好。砼板糙率小，防滲效果好，允許不沖流速較大，即全斷面采用現澆砼作為防滲襯砌。

參考文獻：

[1]《渠道防滲工程技術規范》SL18-2004.

[2]《灌溉與排水工程設計規范》GB50288-99.

[3]《灌溉與排水渠系建筑物設計規范》SL482-2011.