水磨河灌區(qū)渠道防凍設(shè)計及改造效益評價

朱茂勇

（新疆烏蘇市四棵樹河吉爾格勒德水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 烏蘇 833000）

0 引言

灌區(qū)建設(shè)可為當(dāng)?shù)靥峁┏渥愕乃矗纳凭用裆钣盟⒐喔扔盟约肮I(yè)用水短缺的情況。隨著灌區(qū)的使用和用水需求的增長，原有設(shè)施已難以滿足這些要求，因此，需要對灌區(qū)進(jìn)行改造。韓麗等[1]、張鳳枝等[2]分別以潘莊灌區(qū)、河南省灌區(qū)為例，對灌區(qū)改造建設(shè)的必要性進(jìn)行研究；薛麗[3]以友誼灌區(qū)為例，對黃旗閘工程的方案布置進(jìn)行研究；馮靚等[4]使用模糊評價法對灌區(qū)改造效益進(jìn)行評價；司馬震[5]、郭珺[6]對渠道改造設(shè)計方案進(jìn)行研究；龔節(jié)衛(wèi)[7]以新疆農(nóng)牧灌區(qū)為例，對灌區(qū)規(guī)劃設(shè)計進(jìn)行研究；仵峰等[8]以實際灌區(qū)為例，對農(nóng)業(yè)水價控制進(jìn)行研究；李大銀[9]、蒲蕊等[10]分別以實際工程為例，對灌區(qū)改造工程效益進(jìn)行評價。在前人研究基礎(chǔ)上，結(jié)合水磨河灌區(qū)改造工程，對灌區(qū)防凍脹設(shè)計進(jìn)行分析，并對其經(jīng)濟(jì)、生活環(huán)境、社會、國民經(jīng)濟(jì)效益4個方面進(jìn)行評價。

1 工程概況

水磨河灌區(qū)位于阜康市城關(guān)鎮(zhèn)，屬于農(nóng)牧區(qū)，同時也是重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)。灌區(qū)水源穩(wěn)定可靠，土地資源及光熱資源豐富，適宜農(nóng)作物及瓜果蔬菜生長；灌區(qū)控制灌溉面積8.7萬畝，其中有效灌溉面積5.3萬畝，棄耕面積3.4萬畝，灌區(qū)內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量中低產(chǎn)田需要改良。灌區(qū)為地表水和地下水混合灌區(qū)，地表水灌溉面積7萬畝，地下水灌溉面積1.7萬畝。

2 工程布局及渠道防凍脹措施

2.1 項目總體布局

干渠起于紅山水庫放水洞，終于溝口村，全長為6.851 km。干渠起點至下游500 m段為泄洪渠，末端設(shè)置有泄洪引水閘，泄洪閘泄水流量13.2 m3/s，引水閘引水流量5.0 m3/s。引水閘后布置水磨河干渠，干渠在1 km后的三級階地，沿線多為林地和旅游渡假村，至東西支渠分水閘口止，總長6.851 km，改造長度6.851 km。在干渠下游東西支渠分水口以下分為東支渠和西支渠，其中改造東支渠4.907 km，改造西支渠0.922 km。西支渠末端節(jié)制分水閘后又分成大西支渠和小西支渠，其中改造大西支渠長2.485 km，改造小西支渠5.496 km，老渠道沿線均為耕地。在干渠下游的東支渠末端三叉口節(jié)制分水閘后向柳城子支渠分水，改建支渠長2.011 km，老渠道沿線為耕地。

2.2 渠道防凍設(shè)計

水磨河干渠沿線基礎(chǔ)地層以砂礫石為主，不具有凍脹性。支渠以含礫低液限粉土為主，渠道需進(jìn)行抗凍脹設(shè)計。工程區(qū)內(nèi)最大凍土深度為1.5 m。平面布置上，東支渠和大小西支渠SN，西支渠和柳城子支渠EW。根據(jù)規(guī)范公式進(jìn)行支渠凍深計算，計算結(jié)果見表1；渠道凍脹梁及凍脹級別見表2。

由表2可知，渠道凍脹量超出規(guī)范允許值，需要考慮工程措施抗凍脹。渠床置換厚度計算依據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計規(guī)范》SL23-2006公式5.1.5計算。

渠床置換深度計算公式:

式中:Ze為置換深度，cm；δ0為襯砌板厚度，cm；ε為置換比，%，可結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗，進(jìn)行選取。

渠床置換深度計算結(jié)果見表3。

表3計算結(jié)果均按最不利工況進(jìn)行計算，結(jié)果偏大，依據(jù)阜康水磨河灌區(qū)多年的渠道凍脹換填厚度經(jīng)驗及歷年灌區(qū)實施的防凍脹層置換厚度，當(dāng)?shù)厍罁Q填厚度一般為0.4 m，并經(jīng)多年運行無垮脹破壞跡象。故渠道防凍脹置換厚度取值依據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗:取梯形渠道厚度為40 cm，U型渠道為40 cm。

考慮到渠道防凍脹砂礫石運距較遠(yuǎn)，采用苯板作為防凍脹措施與砂礫石進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較。

采用砂礫石做防凍脹層，砂礫石方量為1.33 m3/m，單價為73元／m3，防凍脹砂礫石投資為97元/m；采用苯板做為防凍脹層，苯板厚度取4 cm，苯板方量為0.18 m3/m，苯板單價為500元／m3，苯板投資為89元/m，由此可見采用苯板方案，投資低于砂礫石方案，但差距較小。而苯板施工較麻煩，對施工要求較高，且容易遭受鼠害。綜合考慮以上原因，各渠道防凍脹材料采用砂礫石防凍脹。

表1 支渠凍深計算結(jié)果表

表2 渠道凍脹梁及凍脹級別表

表3 渠床置換深度計算表

3 灌區(qū)改造效益評價

3.1 經(jīng)濟(jì)效益評價

1）改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件

灌區(qū)渠道于20世紀(jì)70年代修建，為干砌卵石灌漿的單防渠道，未進(jìn)行完整的勘測設(shè)計工作，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，施工質(zhì)量較差，加之年久失修，渠道滲漏嚴(yán)重，灌溉保證率較低，據(jù)推算現(xiàn)狀年灌區(qū)保證灌溉面積僅為3.8萬畝，灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展受到制約。工程改造后，恢復(fù)灌溉面積3.4萬畝，改善灌溉面積5.3萬畝，灌溉水利用系數(shù)由現(xiàn)狀年0.44提高到0.58，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到很好的改善。

2）新增農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力和產(chǎn)值

工程改造后，高效益的經(jīng)濟(jì)作物給農(nóng)民帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具體效益見表4。

表4 灌溉效益計算表

3.2 生態(tài)環(huán)境效益評價

工程改造后，改變了大水漫灌的問題，不僅節(jié)約水量，而且改善了由于大水漫灌加劇土壤鹽堿化的問題；解決了春秋兩季受旱用水得不到保證的問題。工程改造后，可改善灌區(qū)灌溉條件，促進(jìn)灌區(qū)生物量的增長，有利改善干旱荒漠型局地氣候；灌區(qū)耕地適時適量的灌溉勢必促使土壤向有利于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的土壤類型發(fā)展；水量得到有效的保證，使灌區(qū)內(nèi)通過其他渠道籌措資金規(guī)劃的水土保持項目逐步實施，林網(wǎng)建設(shè)加強(qiáng)，人工草場的建立，大力建造防風(fēng)林，培植沙生植被，防風(fēng)固沙，都將使植被覆蓋度大大提高，將會極大地改善和提高干旱半干旱的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；提高和改善目前的環(huán)境質(zhì)量，建立起一個較為完善的農(nóng)、牧、漁共同發(fā)展的生態(tài)環(huán)境；增加可調(diào)節(jié)供水量，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

3.3 社會效益評價

灌區(qū)改造完成后勢必為當(dāng)?shù)厝罕娫黾邮杖耄岣呱钏剑龠M(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展；減免洪澇、旱、蟲等自然災(zāi)害，增加農(nóng)牧業(yè)的產(chǎn)值，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有利于人心安定，對社會穩(wěn)定和民族團(tuán)結(jié)有著積極的貢獻(xiàn)。

3.4 國民經(jīng)濟(jì)評價

（1）基本參數(shù)的取值:價格采用影子價格；社會折現(xiàn)率按《規(guī)范》規(guī)定，采用8%；本工程項目計算期采用21年，其中建設(shè)期1年，生產(chǎn)期20年。

（2）費用計算:固定資產(chǎn)投資國民經(jīng)濟(jì)評價是從國家整體角度出發(fā)，采用影子價格，來考察工程對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)，評價工程的經(jīng)濟(jì)合理性。按《規(guī)范》附錄E對項目國民經(jīng)濟(jì)評價投資進(jìn)行簡化調(diào)整，并剔除價差預(yù)備費及工程概算中屬于國民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部轉(zhuǎn)移支付利息、稅金、計劃利潤等，調(diào)整后的投資為1352.37萬元；年運行費年運行費參照類似工程按投資的2.0%計。故此項目年運行費為1352.37×2.0%=27萬元；流動資金流動資金取年運行費的2個月計，即4.51萬元。

（3）調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)所帶來的效益:工程實施后，灌區(qū)的灌溉保證率得到提高，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因此可以得到調(diào)整，調(diào)整后可帶來的效益約172萬元。

（4）國民經(jīng)濟(jì)評價:經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為13.2%大于8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為524萬元，效益費用比為1.34，故本項目從國民經(jīng)濟(jì)角度來看是經(jīng)濟(jì)合理的，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

（1）以水磨河灌區(qū)改造工程為例，對灌區(qū)改造中支渠防凍方案進(jìn)行研究，提出采用砂礫石作為渠道防凍脹材料。

（2）從經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境及國民經(jīng)濟(jì)效益4個方面進(jìn)行灌區(qū)改造效益評價。水磨河灌區(qū)改造完成后，可以有效改善當(dāng)?shù)毓喔葪l件，提升國民收入，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會效益。