灌區渠道橫斷面設計及方案比選分析

馬鐵成 新疆維吾爾自治區灌溉排水發展中心

1.工程概況

塔爾郎灌區位于新疆吐魯番市，灌溉面積占全縣灌溉面積1/6，灌區主要種植作物為葡萄、甜瓜、棉花等，是吐魯番市重要的農業生產基地。現狀灌區水利骨干工程存在渠道老化、渠板襯砌破損、滲漏嚴重等問題，影響夏季灌溉期灌水保證率。灌區是渠首引水，干、支、斗、農渠輸水的灌溉模式。本次工程對支渠進行防滲改造總長19.35km，設計流量2.5～4.0m3/s。

2.工程地質條件

項目區屬干旱地區，植被差，地表裸露，土壤松散，河道縱坡較大，中上游河段水流流速較大，山體切割破碎，當發洪水時松散的土壤很容易被地面徑流侵蝕帶入河槽，增加水流中的夾沙能力，泥沙含量迅速增加，對渠道沖刷較大。渠道沿線地形坡度大，地勢東南低西北高，自然坡降3%左右，海撥高程在50～500m之間。渠道沿線主要為道路和戈壁。本次改造支渠布置于出山口沖洪積傾斜平原，地形北高、南低，渠線由北向南，大致沿沖洪積平原的傾斜方向穿行。渠道沿線地下水埋深大于15m對工程基本沒有影響。渠道土層為非凍脹性土，不具濕陷性。

3.渠道橫斷面方案比選

本次改造工程沿用原渠線。渠道斷面為半填半挖斷面，不占用或少占用耕地。

圖1 干砌卵石灌漿塑膜雙防滲結構斷面圖

圖2 渠底干砌卵石灌漿、邊坡漿砌石塑膜雙防滲結構斷面圖

圖3 渠底干砌卵石灌漿、邊坡現澆砼板塑膜雙防滲結構斷面圖

表1 渠道橫斷面結構型式綜合比較表

3.1 渠道襯砌型式的選擇

渠道選擇水力最佳斷面進行設計，并考慮老渠道橫斷面尺寸且裁彎取直，為梯形斷面。設計渠道橫斷面型式擬定干砌卵石灌漿塑膜雙防滲、渠底干砌卵石灌漿邊坡漿砌石塑膜雙防滲及渠底干砌卵石灌漿、邊坡現澆砼板塑膜雙防滲三個方案進行比選。

方案一：干砌卵石灌漿塑膜雙防滲（全斷面為梯形）

方案一為拆除原斷面結構，采用梯形斷面干砌卵石灌漿塑膜雙防滲結構型式。渠底及邊坡均采用35cm厚干砌石C20細粒砼灌漿，下鋪設0.5mm聚乙烯塑膜，封頂板現澆砼厚度8cm，寬度30cm。渠道內、外邊坡均為1.5，堤頂設計寬度2.0m。設計見如圖1。

方案二：渠底干砌卵石灌漿、邊坡漿砌石塑膜雙防滲（弧形渠底、梯形邊坡）

方案二為拆除原斷面結構，采用弧形渠底干砌卵石灌漿、梯形邊坡漿砌石塑膜雙防滲結構型式，厚35cm，下鋪設0.5mm聚乙烯塑膜，封頂板現澆砼厚度8cm，寬度30cm。渠道內、外邊坡均為1.5，堤頂設計寬度2.0m。設計見如圖2。

方案三：渠底干砌卵石灌漿、邊坡現澆砼板塑膜雙防滲（弧形渠底、梯形邊坡）

方案三為拆除原斷面結構，采用弧形渠底干砌卵石灌漿、邊坡現澆砼板塑膜雙防滲結構型式，底板厚35cm，邊坡板厚10cm，下鋪設0.5mm的聚乙烯塑膜。封頂板現澆砼厚度8cm，寬度30cm。渠道內、外邊坡均為1.5，堤頂設計寬度2.0m。設計見圖3。

3.2 方案比選

對三個方案從技術、經濟、施工、運行、管理等多方面比較，渠道橫斷面結構型式綜合比較情況見表1。

（1）投資方面：方案二的投資最大，較方案一每公里多3萬元，較方案三每公里多6萬元，方案一與方案三投資接近，方案三最省。

（2）施工條件：全部為拆除后進行襯砌，襯砌材料為干砌石灌漿、漿砌石或者現澆混凝土板，施工難度都不大，建成后工程較為美觀，防滲效果較好。但方案三施工用水及砼養護用水均較大，而項目區用水條件不理想。

（3）運行條件：對于本工程，渠道運行條件主要表現在抗磨損方面，本渠道水中含砂量較大，對渠底的磨損較嚴重，渠道位于多風地帶常帶進一些砂石顆粒。由于流速大，水流及泥沙對渠道撲打、沖刷、磨損嚴重，方案一、二襯砌結構具有較好的耐磨性。

綜上所述，三個方案的襯砌方式均能滿足渠道防滲要求，就渠道投資來說，方案一最經濟；抗磨損能力方面方案三最差；從建成后的美觀程度出發方案一最差；與原渠道斷面吻合度方面方案二吻合度最高，可顯著減少土方工程量。綜合考慮，結合當地已建渠道運行情況，方案二具有較大的優勢，本渠道防滲采用方案二為推薦方案。

4.結論

以塔爾郎灌區原有渠道工程為基礎，從抗磨損能力、投資、防滲效果、運行管理、美觀及與原斷面吻合程度等方面擬定三個渠道橫斷面型式方案進行比選，最終采用弧形渠底干砌卵石灌漿、梯形邊坡漿砌石塑膜雙防滲結構型式，改建渠道具有適用性和耐久性，并具有較好的防滲性。