某灌區(qū)渠道改造方案優(yōu)化對比研究

何 春

（額敏縣水利局，新疆 額敏 834601）

1 工程背景

某灌區(qū)始建于上世紀70 年代，是重要的商品糧生產(chǎn)基地之一。灌區(qū)控制流域面積420 km2，耕地面積54.8 萬畝。自灌區(qū)建成以來，有10 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，126 個行政村，26.4 萬人受益。目前，灌區(qū)的水土資源基本平衡，但從長遠來看，仍舊面臨水資源嚴重不足的問題，特別是在遇到極端干旱天氣的情況下，水資源短缺問題更為嚴重。另一方面，由于灌區(qū)建成年代久遠，多數(shù)渠道已經(jīng)老化失修，滑坡、坍塌、淤積現(xiàn)象比較嚴重，對渠系的輸水能力造成嚴重影響，進行渠道改造就成為一項十分緊迫的任務(wù)。其中，干渠段渠道的情況最為嚴重，嚴重制約了干渠的過流能力。因此，灌區(qū)管理處積極申請省市專項資金，對該段渠道進行改造。

2 渠道現(xiàn)狀與改造方案

2.1 渠道現(xiàn)狀

某灌區(qū)已經(jīng)運行了四十多年，干渠工程嚴重老化，渠道的問題和矛盾日漸突出，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是灌區(qū)工程建成之后由于長期淤積和地面沉降，現(xiàn)在已經(jīng)不能按設(shè)計流量運行。根據(jù)原設(shè)計，該段渠道的設(shè)計水位為5.11 m，設(shè)計流量為37 m3/s，當前的運行水位一般為4.5 m，流量為30 m3/s；二是渠道的洇水、洇堿以及浸沒現(xiàn)象比較嚴重，部分渠段由于下沉和淤積的雙重作用，水位已經(jīng)高于兩岸的農(nóng)田，由于滲水造成渠道兩側(cè)幾十米乃至上百米的農(nóng)田淹沒。三是該段渠道上存在連接兩岸村鎮(zhèn)的橋梁13 座，其中大部分存在破損，且阻水嚴重。

2.2 改造方案設(shè)計

針對渠道存在的問題，結(jié)合相關(guān)改造工程的設(shè)計施工經(jīng)驗[1～3]，擬定如下四種設(shè)計方案供比選，以最終獲取最佳設(shè)計方案。

方案一：防滲擋水墻方案

該方案的處理方法主要為防滲、筑堤、加擋水墻及堤內(nèi)坡預(yù)制混凝土板襯砌。具體工程措施如下：對地面下沉嚴重的渠段加筑子堤或提高子堤高程。其中，樁號30+933～36+219 段按設(shè)計水位+0.5 m 修建子堤，堤頂寬度為3.3 m，內(nèi)邊坡1∶3，外邊坡1∶2，堤頂兼做管理道路；樁號36+219～42+019 段按設(shè)計水位+0.5 m 增加堤頂高程；樁號30+933～36+219 段堤頂增設(shè)高0.8 m，厚0.3 m 的C25 混凝土擋水墻；對樁號30+933～42+500 段設(shè)計平均深度20.76 m 的塑性混凝土防滲墻；對筑堤段的兩岸邊坡進行襯砌。渠坡襯砌自下而上鋪設(shè)250 g/m2土工布、聚苯乙烯泡沫保溫板、預(yù)制混凝土板，坡腳設(shè)尺寸在40 cm×60 cm 的C20 現(xiàn)澆混凝上齒墻，頂部采用C20 現(xiàn)澆混凝土板封頂；在地面以下2.5 m 處鋪設(shè)管徑為l m 的暗管排水，管下設(shè)0.3 m 中粗砂墊層，管外包裹3 層土工布+0.15 m 厚中粗砂反濾。改造方案的斷面示意圖見圖1。

圖1 方案一斷面示意圖

方案二：筑堤防滲挖排水溝方案

該方案的基本思路為局部清淤、筑堤、防滲、排水溝導滲及堤內(nèi)坡襯砌。具體工程措施如下：對照該渠段原設(shè)計中的渠底高程，對局部淤積嚴重的位置和橋下斷面進行清淤，清淤后的渠底高程與原設(shè)計相同，渠道底寬40 m，邊坡1∶3；對樁號30+020～36+219 的地面下沉嚴重渠段進行筑堤，堤頂高程為設(shè)計水位+1.0 m，堤頂寬度為3 m，內(nèi)邊坡1∶3，外邊坡1∶2.5，堤頂兼做管理道路。樁號36+219～42+019 段局部子堤高程不滿足設(shè)計水位+0.5 m 的要求需要進行加高復堤；防滲范圍和設(shè)計方案與方案一相同；在渠道堤外設(shè)計底寬2 m，溝深2.5 m，邊坡1∶2 的排水溝，蓄積渠道滲水，并就近排入排水干溝[4]；渠道襯砌的設(shè)計范圍及襯砌方式與方案一相同。該方案的斷面示意圖見圖2。

圖2 方案二斷面示意圖

方案三：清淤導滲方案

該方案的基本思路是對渠道清淤，淹沒耕地抬高復耕，無護砌邊坡進行護砌。具體工程設(shè)計如下：對樁號30+020～42+019 段清淤，清淤后的渠底高程與原設(shè)計相同，渠道底寬40 m，邊坡1∶3；對渠道兩側(cè)38 m 范圍內(nèi)的耕地進行抬高并復耕，抬田高程按設(shè)計水位+l m 控制，邊坡系數(shù)為3.0。對于計算抬田高度小于0.3 m 的部分，不做抬田處理[5]；在地面以下2.5 m 處鋪設(shè)管徑為l m 的暗管排水，管下設(shè)0.3 m中粗砂墊層, 管外包裹3 層土工布+0.15 m 厚中粗砂反濾；渠道襯砌的設(shè)計范圍及襯砌方式與方案一相同。該方案的斷面示意圖見圖3。

圖3 方案三斷面示意圖

方案四：抬田防滲擋水墻方案

該方案的基本思路是渠道左岸低洼地全部抬田，右岸筑堤防滲加導滲。具體工程措施如下：對照該渠段原設(shè)計中的渠底高程，對局部淤積嚴重的位置和橋下斷面進行清淤，清淤后的渠底高程與原設(shè)計相同，渠道底寬40 m，邊坡1∶3；對渠道左岸約70 m 的低洼地進行抬高，抬田頂高程為原設(shè)計水位+1.0 m計算，抬田高度小于0.3 m 的部分不做抬田處理；對渠道右岸樁號30+020～35+160 段進行筑堤并加設(shè)0.8 m 高的防水墻。堤頂高程為原設(shè)計水位+0.5 m；對右岸樁號31+370～42+810 的整體嚴重沉降段進行防滲處理；在地面以下2.5 m 處鋪設(shè)管徑為l m 的暗管排水，管下設(shè)0.3 m 中粗砂墊層，管外包裹3 層土工布+0.15 m 厚中粗砂反濾。該方案的斷面示意圖見圖4。

圖4 方案4 斷面示意圖

3 改造方案的比選

根據(jù)上節(jié)提出的改造方案具體工程設(shè)計，對四種方案的優(yōu)缺點、工程量及投資進行對比，結(jié)果見表1 和表2。

表1 改造方案的優(yōu)缺點比較

表2 改造方案經(jīng)濟性比較

通過表1、表2 的對比結(jié)果可以看出,方案三投資最少，方案一和方案二投資較多，方案四投資雖然比方案三多，但工程操作性較好，在項目實施后可以完全解決渠道浸沒、洇水、洇堿等問題。因此，建議采用方案四進行該渠段的改造。

4 結(jié)語

以某灌區(qū)渠道改造工程為例，通過對研究區(qū)段的工程現(xiàn)狀分析，提出四種不同的改造設(shè)計方案，通過對各方案的經(jīng)濟技術(shù)對比，建議在工程建設(shè)中采取抬田防滲擋水墻方案。我國北方缺水省份的水資源矛盾比較突出，增強水利工程的調(diào)水潛力，優(yōu)化水資源配置具有特別重要的意義。在這一背景下，本文研究成果可為類似的上世紀建設(shè)的灌區(qū)等水利工程改造提供借鑒。當然，未來的水利科學、水利技術(shù)乃至計算機科學和人工智能技術(shù)的發(fā)展，水資源配置和灌區(qū)改造工程技術(shù)研究必將更加深入，最終實現(xiàn)水資源與社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。