察布查爾縣灌區排洪渠工程設計方案探討

陳夫超

(新疆伊犁州水利電力勘測設計研究院，新疆 伊犁 835000)

1 察布查爾縣灌區排洪渠工程建設必要性分析

近年來，新疆察布查爾縣灌區農業經濟取得較為快速的發展，但從察布查爾縣灌區所處的地勢結構來看，縣域內存在著較大的洪水災害風險，從歷年降水分布特點和降水量來看，察布查爾縣多年平均降水量為383.4 mm，且降水主要集中在4-8月，此階段降水量占到全年降水總量的50%以上。再加上察布查爾縣境內有60余條山洪沖溝流水，洪水在上游匯集，較容易泄入下游灌區之中，引發嚴重洪水災害，尤其是在每年的4-8月，受降水量增多影響，也使得洪水災害發生概率增大。因此，察布查爾縣灌區必須加強防洪工程建設，將洪水有效引入到伊犁河之中，從而保障察布查爾縣灌區的安全，使區域農業經濟得到更好的發展。察布查爾縣北部為自流灌區，凈灌面積107.99萬畝；南部為揚水灌區，凈灌面積75.6萬畝。在察布查爾縣灌區排洪渠工程的設計中，要綜合考慮灌區內的管網布置、既往排洪設施等，對灌區排洪渠工程進行有效布置。在本次排洪渠工程建設方案布置中，主要在南岸干渠自流灌區規劃1～5#排洪渠，排洪渠全長75.069 km，工程總占地5 002畝，其中1 008畝屬于對既往溝道的應用，新增占地3 994畝。

2 灌區排洪渠工程設計方案分析

排洪渠設計施工是一個較為復雜的過程，在設計之前對察布查爾縣灌區排洪情況做詳細了解，從中發現：該區域在完成南岸干渠施工建設之后，洪水顯得更為集中，自流灌區縱坡較大基本在1/30～1/80，下游大河灌區縱坡較緩1/500～1/2 000，上游攜帶大量的泥沙，基本淤積在南岸干渠下游5 km處。因此，在此次針對察布查爾縣灌區排洪渠工程的設計中，可將泥沙的淤積問題作為重點考慮內容。

2.1 設計泥沙淤積處理方案

上游洪水中含有的大量泥沙，如果直接將之引入到伊犁河，必然會對伊犁河的水生態環境造成影響。同時洪水中泥沙淤積在排洪渠道之中，也會對排洪渠的性能造成影響，因此在此次排洪渠工程設計中，主要將其聚集在南岸干渠自流灌區，并對之采取有效的除淤措施。設計具體方案為：利用自然溝道沉砂，在現有的自然溝道兩側護堤，通過擴大橫斷面，利用低洼地帶的天然地形修筑圍堤，降低流速，利用天然河床進行沉砂，為使泥沙的淤積比較均勻，一般多采用棱形布置，洪水出南岸干渠涵洞口擴散，將泥沙沉積在南岸干渠自流灌區，這樣就不需要每年進行清淤，減少各類開支。在上游種樹、種草等生物措施相結合等方式。再配套挖掘機，鏟車，用于每年泥沙淤積的清理以及沖刷斷面的修復。

2.2 排洪渠流量設計

在排洪渠防洪工程設計中，流量設計屬于十分重要的組成部分，需依據以往出現的洪水流量大小，計算每個排洪渠應當承擔的泄洪流量，確保排洪渠的流量滿足引洪要求，從而形成對灌區作物、建筑的有效保護。此外，在實際設計中，還應考慮到退水渠、排水渠以及沿程滲漏損失等因素的影響，確保排洪渠流量設計的科學性。

如：沿程滲漏損失，會使得洪水流量出現一定的降低，為此可依據依據《灌溉與排水工程設計規范》(GB50288—99)對排洪渠沿程滲漏損失流量展開計算，計算公式如下所示：

σ=K/Qm

(1)

式中：σ表示渠道單位長度水量損失率(%/km)；K表示的是土壤透水性系數；m表示的是土壤透水性指數；Q表示的是渠道凈設計流量(m3/s)

以其中3#排洪溝作為研究對象，分別對其樁號0+000～5+000段(砂礫石基礎)和5+000～12+634段(低液限粉土基礎)的渠道單位長度水量損失展開計算，從表2計算得到的數據結果來看，樁號0+000～5+000段和5+000～12+634段渠道每公里損失流量分別為0.15 m3和0.04 m3。由此可看出，洪水損失量相對較小，對整體造成的影響不大，因此在此次工程項目中針對排洪渠的流量展開設計時，可不考慮這方面的影響，對排洪溝的流量不做分段衰減計算。

表1 3#排洪溝流量損失計算

2.3 明確河床的穩定寬度

在南岸干渠自流灌區自然河床和排洪渠相連接時，在設計排洪渠的底部寬度時，應注意依照河床的穩定寬度來進行設計取值，同時對河床的穩定寬度做出明確，這對于充分發揮排洪渠作用，對沿岸作物進行保護有著較為積極的意義。值得注意的是，在進行河道整治的過程中，不能讓河道穩定寬度過窄，這較容易使水流量增大，形成對兩岸堤防的沖刷。穩定河寬與造床流量及比降的關系為公式(2)：

B=AQ0.5/J0.2

(2)

公式中B表示的是穩定河床寬度(m)；Q表示的是造床流量；J表示的是河床比降，取該段河床平均比降；A表示的河流特性系數，本工程取2.5。經計算此次各渠道的穩定河床寬度如表2所示：

表2 各渠道的穩定河床寬度計算表

2.4 護砌段堤身橫斷面設計

2.5 基礎抗凍脹設計

察布查爾縣灌區的年平均氣溫為7.1℃，每年最低氣溫在-6.0℃以下，遭遇極端性天氣時，最低氣溫可達到-28℃以下，區域內冬季平均積雪深度約65 cm，最大凍土深度為1.08 m，較為惡劣天氣環境，使得此次針對排洪渠工程設計時，應考慮到基礎的抗凍脹性能，避免凍脹損害排洪渠設施，使之難以發揮出相應的性能。

依據《渠道防滲工程技術規范》中的相關技術標準來看，當渠道防滲工程所處的環境滿足以下一些條件時，應對之進行專門的抗凍脹設計：(1)土質情況。如果渠道基礎工程土質中含有較多粒徑<0.075 mm的土粒，其比重占到整體的10%以上；(2)凍深狀況。如果渠道基礎工程的標準凍深大于0.1 m；(3)含水情況。如果在發生凍結現象的初始化階段，其中含水量>0.9倍塑限含水量。在同時滿足上述三個條件的情況下，應考慮渠道基礎工程做抗凍脹設計。

結合本次工程地質勘測條件進行分析，其中堤防工程基礎部分處于河床礫卵石層，該土層屬于非凍脹性土層，因此可部隊之進行抗凍脹設計；而在基礎以上的護坡部位，地質勘測土壤以粉土或含礫土層為主，具有較強的凍脹特性，再加上較容易受到水浸泡作用，土壤含水量相對較高，因此在設計時應當對之做專門的防凍脹設計。此外，考慮到本工程項目區已經實施的工程，因此本工程砂礫石防凍墊層厚度均取0.45 m，墊層用砂礫料選用級配良好的天然料，要求粒徑在0.1～50 mm之間，小于0.075 mm的粘料含量不得超過總土重量的10%，砂礫料墊層需分層碾壓，壓實后砂礫石相對密度大于0.75。

3 結語

綜上所述，排洪渠工程設計是一個十分復雜的過程，在對之進行設計的過程中，應綜合考慮各方面的影響因素，對排洪渠流量、河床的穩定寬度、護砌段堤身橫斷面、基礎抗凍脹等展開設計，確保排洪渠工程的整體性能達到防洪標準要求。