陸渾灌區東一干渠挖方石渠改造方案淺議

劉社教

摘 要：陸渾灌區續建配套節水改造工程已建多年，是2011年中央一號文件《關于水利改革發展的決定》精神在陸渾灌區的具體實踐。一部分工程改造之難從某種意義上來說不亞于一次新的工程建設。東一干渠石渠段的改造就是這樣一項工程，它即看重工程本身安全，又要兼顧工程上下游的過水協調。

關鍵詞：石渠；改造；實踐；治理

1 概況

陸渾灌區是河南省一座大型灌區，從1970年起建有總干渠，東一干渠、東二干渠、西干渠、灘渠5條干渠。陸渾灌區控制灌溉面積12萬hm2，除農業灌溉外，新的拓展規劃涉及到的建設領域十分寬廣。今日續建配套工程正在積極推進，東一干渠石渠改造就是一個實例。

2 東一干渠石渠段

2.1 石渠

石渠顧名思義就是石筑的水渠。在東一干渠上有石渠多處，但形式不外乎有四種，石頭全砌、渠身單側和渠底石砌，渠身單側石砌和全挖四種。

東一干渠石渠自建成運用起就暴露出很多問題，普遍存在滲漏水問題，尤其是伸縮縫部位。石渠的滲漏輕者造成水量損失，重則影響工程安全。以前采取內側勾縫外側補強增穩的辦法不太理想，后改為在石墻內側加襯護層的辦法效果明顯。至今有一段石渠從建成起未再做任何處理，那就是全挖石渠。

2.2 東一干渠全挖石渠

在東一干渠內埠隧洞出口有一段石渠就是全挖石渠。石渠樁號1+165～1+800，在隧洞的出口有15m長的漸變段，因此這段石渠長635m。在石渠樁號1+800以下是一段長度達1426m的開挖或半挖半填的土渠，本段石渠也是本文所指。

3 石渠的現狀斷面

3.1 石渠的現狀

本段石渠坡陡渠深，地質條件欠佳，邊坡穩定性差，當時雖用混凝土全部護砌，但襯砌未加振搗，實際施工僅5cm厚度而且厚薄不勻，現狀呈多處破碎脫落，渠幫坑坑洼洼，雖“凹陷”比“凸出”對過流的影響小，但“小水高位”的現象，也間接影響到上下游的過流問題。

3.2 石渠近年來水位流量關系

近年來通過十幾次水位流量關系的測算分析，水位和流量大致成正比關系，水位升高，流量增大，水位降低，流量減少，但受漲水和降水的影響，水位和流量關系還有一些不太和諧的現象，但相關關系大致還是可以的。

3.3 石渠過流量驗算

3.3.1 東一干渠竣工資料驗算

開挖石渠設計水位4.3m，超高0.6m，糙率0.0225，比降1/5000，邊坡系數0.7，渠底寬5.36m，經計算設計水位的過流量為39.2m3/s。

3.3.2 石渠的護砌和設計過流的驗算

石渠建成后，為滿足設計過流要求，當時采用了100#混凝土護砌，厚度僅有5cm，而且厚薄不勻，當糙率n=0.016時，Q=55.1m3/s，當糙率n=0.017時，Q=51.9m3/s，二者均滿足設計流量Q=50m3/s。

3.3.3過流量的實際驗算與分析

近年來我們在此石渠段進行了多次流量實測，并與理論計算作一比較，計算中選n=0.016，見表1。

通過上表可以看出，實測流量接近或略小于設計流量。說明渠道經過長期運用渠況變差，糙率已大于0.016或接近于0.0165，因此過流量較設計略小點。另外實測流量也受到許多因素的影響。

4 石渠的改造

本段石渠從建成起已經幾十年的運用，老化失修破損非常嚴重，僅從工程角度來看有幾種改造方案供選擇。

4.1 渠道開挖方案

渠道可開挖幾種不同深度，然后再護砌維持現狀斷面尺寸不變。分別選取開挖深度10cm、15cm和20cm三種形式。

4.2 渠道半挖半填方案

渠道開挖一部分后護砌，護砌厚度是開挖深的2倍，現狀斷面稍變。有開挖5cm護砌10cm，開挖7.5cm護砌15cm和開挖10cm護砌20cm等形式。

4.3 渠道不開挖護砌

渠道不開挖，僅清除松動巖石雜土亂草，渠道稍加整理然后直接在原石渠上護砌。護砌厚有10cm、15cm和20cm三種形式。

4.4 護砌方式的比較

上述3種方案，可以分為全開挖、半挖半填和全填護三種情況，9種護砌方式形成的護砌厚度分別是10cm、15cm和20cm。但這段石渠巖石風化，自然條件差，10cm厚的混凝土墻是不夠的，在剩余的6種型式中，無論是15cm和20cm厚混凝土護砌，顯然是開挖越少轉渣費用越低工程造價越小。因此本段工程改造全選不開挖護砌。在現石渠墻清基后最小護砌厚度不應小于15cm，厚的地方可達20cm以上。現在開挖和轉渣費用每立方單價達1百多元。少開挖3000方土石量，僅此一項就可節省開支30余萬元，而且省工省力。不擾動原狀土結構體。

5 石渠改造對渠道過流的影響分析與評價

石渠改造后的斷面和形狀都會多少發生一些改變。也因混凝土標號提升和施工質量的改善及斷面形狀的微變。石渠的過流問題就有相應的變化。石渠改造在滿足設計流量的前提下需關注上下游水位的銜接問題。

5.1 石渠改造的過流問題

石渠改造后斷面存在一些問題。椐已建工程測算，渠道的糙率普遍減少到0.015左右，在原渠道上開挖護砌維持原斷面不變，經計算在設計水位4.3cm的情況下可過流56.6m3/s，滿足50m3/s的設計流量。當渠道直接護砌20cm后，當通過設計流量時，因邊墻和渠底均護砌20cm，實際水位與設計水位耦合等同，但實際水深僅有4.1m，如護砌厚度減少渠水位就會低于原設計水位。

5.2石渠改造后的水流銜接問題思考

石渠改造后，在通過設計流量50m3/s的情況下，渠水位耦合于設計水位。實際針對不同的改造型式，渠水位低于或高于設計水位的可能性都存在，這樣對上下游的過流多少都會產生一些影響，尤其是石渠的進出口段，因結構型式和糙率的變化對水的流態有影響進而引起局部水頭損失的變化，石渠的沿程水頭損失也有變化。本文關注的是局部水頭損失，就石渠改造本身來講，糙率變化的影響相對于斷面微變的影響小。

5.3 石渠進口段的水流流態變化的分析研究

5.3.1 水流流態的初步分析

在陸渾灌區上的漸變段普遍存在，做為建筑物和石渠的組成部分。漸變段又分進口和出口兩種形式。在東一干渠隧洞上的漸變段是進口為順坡，出口為逆坡，如內埠隧洞進出口漸變段坡差分別為0.352m和-0.131m。漸變段的底坡和水位線的變化不完全一致。石渠進口的漸變段（內埠隧洞出口）的改造，渠坡和渠底各護砌20cm厚混凝土，這就改變了原有漸變段的形狀、坡差和糙率。漸變段的水流是急變流，石渠的改造對水的流態將產生新的影響。

5.3.2 石渠改造對漸變段水流影響程度的分析。

石渠改造后漸變段進口尺寸不變，出口略變小，一般來說，在進口水位不變的情況下，出口水位多少升一點。由于石渠的改造，渠道的糙率減小，具體到漸變段水位就又降一點，這兩個因素的影響可大致相抵。主要的影響因素就是漸變段底坡的變化。為了適應石渠的改造漸變段也做相應的修整護砌。在漸變段上的護砌厚度由漸變段的零厚度漸變至20cm厚度，經過計算在漸變段出口的實際水位將抬升約30cm以上，由于漸變段后緊連石渠，其坡降達1/5000，具有一定的消峰作用。實際上漸變段的水位抬升有限，在可控范圍之內，在石渠出口漸變段的情況會更好些。漸變段的改造必然增加水頭損失，另一方面石渠的改造又減少水頭損失，本文不做深究。

6 結語

挖方石渠改造是一項嶄新的工程建設。加強改造前后的觀測分析研究，補充完善理論體系，為續建配套節水改造工程打下堅實基礎。endprint