新疆瑪納斯河灌區節水改造現狀及對策

王 芳

（新疆瑪納斯河流域管理局,新疆 石河子 832000）

0 引言

灌區是我國糧食生產的重要組成部分,然而,由于農業用水量大但利用效率較低,造成了農業節水和用水的統籌工作與灌區設施良性運轉之間的矛盾尖銳[1-3]。雖然經過多年的投入,灌區水利工程不斷增多,但是由于水利工程配套不全,節水措施落后,加之部分水利工程年久失修,灌區的灌排骨干工程亟需配套完善和節水改造[4-5],從而提高農業綜合生產能力,保障國家糧食安全。

1 工程概況

1.1 灌區概況

新疆維吾爾瑪納斯河灌區年灌溉用水量16 億m3,是全國特大型灌區之一。瑪河肯斯瓦特水文站1954 年~2007 年共54 年（其中1954 年、1955 年為插補值）連續的徑流資料,見表1,徑流多年平均月分配情況見圖1。

圖1 瑪河流域水系、水文站網及本工程位置示意圖

表1 瑪河各水文站基本情況表

1.2 工程地質及水文地質

瑪納斯河肯斯瓦特以南的依連哈比爾尕山中高山區為地表水、地下水的產流區,礦化度較低,一般小于0.5 g/L。瑪納斯河為流域內最低洼處,是區域地下水匯集排泄通道,受紅山嘴第三系低山阻礙,地下水自石灰窯村附近開始以下降泉水形式補給瑪河,泉水總量大于6000 萬m3/a。

瑪納斯河的地表水資源灌區可以使用,每年的徑流量可以達到13.16 億m3,灌區地下水天然補給量0.65 億m3/a。灌區水資源總量為紅山嘴地表徑流量和灌區地下水天然補給量之和,為13.81 億m3。

土地面積為1.98 萬km2的瑪河流域的耕地類型主要是灌耕灰漠土和潮土,這兩種土質可以使農作物快速生長。地下水位受長期灌溉的影響一般較高,1 m~3 m之間的占灌區總面積的52%。園林地分為天然野生林和人工園林兩部分。天然林地主要是天山山區的喬木林為主,人工林地主要分布在灌區及沙漠邊緣,以楊樹、柳樹、沙棗、榆樹等組成瑪河灌區的農田防護林網,總面積約45.6 萬畝,在綠洲生態環境中起主導作用。牧草地主要是荒漠草場,自然植被稀少,品種單一,可食性牧草不多。根據土壤鹽漬化、質地、有機質、土層厚度、地下水埋深、沙化程度及水源狀況綜合分析,質量較好的可墾荒地約169.4 萬畝,分布多不連片。

2 灌區節水改造現狀及存在問題

2.1 東岸大渠改建段現狀及存在問題

（1）基本情況

東岸大渠渠道流經了許多的電站、鐵路以及國道,每年的徑流量達到9.4 億m3。此兩段渠道現狀均運行良好。

（2）改造后的渠道出現的問題。

如圖2所示,渠道經改造后存在著三個主要問題。一是渠道使用時間過長,在整個渠道中有許多地方出現了干砌石剝落現象。二是渠道底板經歷額水流的沖刷變得凹凸不平,渠道兩邊也有生長雜草。三是經過研究發現8+030.71~8+855.1 段渠道高度不符合設計要求,會阻礙渠道正常運行。

圖2 改造完成的段落

2.2 東岸大渠8 km過河涵洞現狀及存在問題

涵洞利用漿砌石結構設計了2 孔拱形的斷面形式,整個涵洞的尺寸為2.5 m高、2.7 m寬。如圖3 所示,整個涵洞全長大約為670 m,且兩段涵洞之間間隔127 m,建設明渠使兩段涵洞相連接。現在距離涵洞建成的時間已經約有50 年了,這么長時間的運行使得涵洞存在許多的問題,如渠道淤泥堆積、卵石松動等現象。在涵洞建成時的水流量為23 m3/s,現在卻只有8 m3/s~9 m3/s,水流量大幅度降低。

圖3 過河涵洞跨瑪河進口現狀

雖然針對這個現象采取將頭浮渠引水口更改為瑪河三級電站跨河渡槽引水的方案,但是不能滿足人民的供水需求。而且涵洞橫跨瑪納斯河的那段涵洞,其頂部以及被沖垮,河床也出現了陡坎,如果今后還沒有解決方案,那么陡坎的深度還會不斷增加,那么渠道的危險性也將會增加。

3 灌區節水改造對策分析

本工程建設主要目標：（1）通過改建8+030.71~8+855.1段東岸大渠,使東岸大渠的渠道水利用系數由0.920 提高到0.922。（2）保證東岸大渠8 km的過河涵洞改造后,運行安全。

3.1 改建段下游渠道的斷面設計

8+900~9+910 段于2009 年改造完成。渠底及弧形坡角采用漿砌石砌筑,厚30 cm,邊坡直接在現有的干砌石護坡上現澆12 cm~15 cm厚混凝土,渠底及弧底在現有的干砌石上用C20 細礫混凝土砌筑30 cm厚的漿砌石。此段渠道現狀運行良好。

渠道橫斷面設計和渠道參數選取從施工考慮,涵洞優于渡槽。經綜合比較,本階段推薦方案如下,即引水起點位于東岸大渠8+900 節制分水閘處,終點為瑪河西岸的石河子總干渠。方案平面布置見圖4。

圖4 線路選擇平面示意圖

3.2 實施方案階段渡槽方案線路的調整

渡槽可以選擇鋼結構和鋼筋混凝土結構兩種形式,具體設計如下：

方案一：鋼渡槽方案

渡槽采用梁式簡支鋼桁架型式,渡槽槽身長350 m,每跨20 m,計17 跨。槽身比降為0.00157。槽身采用矩形斷面結構,槽底寬4.0 m,槽身高2.3 m。

鋼桁架跨度20 m,底寬3.5 m,高度2.3 m,桁架節點間距為2.5 m。腹桿采用三角式體系,分別為直腹桿、斜腹桿組成。鋼桁架下部梁格結構由縱向次梁、橫向次梁組成,縱向次梁間距0.7 m,橫向次梁間距0.5 m。

渡槽兩端支承墩采用重力槽墩,墩身按1∶0.4放坡。渡槽跨中與支撐連接處設槽座,槽座厚0.9 m,寬1.3 m,采用C25 鋼筋混凝土結構。槽座下設兩個間距1.05 m,直徑0.8 m的灌注樁,灌注樁長度10 m~15 m不等。

方案二：鋼筋混凝土渡槽

渡槽采用簡支梁型式,渡槽每隔2.5 m設一個拉桿及肋板,拉桿尺寸為0.2 m×0.2 m,肋板寬0.2 m,厚0.3 m。渡槽所有結構均采用C30 F300 W6 鋼筋混凝土。邊跨的支撐方式分別采用重力墩支撐和灌注樁支撐,其余跨均采用灌注樁支撐形式。重力邊墩斜坡向下逐漸擴大,坡比1∶0.4,墩高4.2 m,設前后趾,前后趾寬50 cm,厚50 cm,底寬3.4 m。墩帽高80 cm。重力邊墩墩帽采用C25 鋼筋混凝土結構,其余部分采用C20 素混凝土填筑。渡槽與支撐連接處設槽座,槽座厚0.9 m,寬1.5 m。槽座下設兩個間距1.3 m,直徑1.0 m的灌注樁,灌注樁長度10 m~15 m不等。

鋼結構渡槽的優點：鋼具有良好的抗震性,穩定性也高,并且在鋼結構的產品較多,有許多相同結構的能夠相互拼裝形成密封結構。在一年四季都能夠進行施工,不影響施工期限。使用這個結構渡槽對河道行洪的影響小。缺點：鋼結構容易被侵蝕,而且成本高,在運行時也比較復雜。

鋼筋混凝土結構渡槽的優點：有良好的耐久性,成本較低,能夠減少鋼的使用。缺點：容易出現裂痕,施工的工期更長,并且有季節限制,在冬季和雨季極大多數無法正常施工。故可根據實際情況選擇最優的方案進行結合和調整。

4 結論

綜上所述,目前新疆瑪納斯河基礎水利工程建設相比以前,有很大的提升,能夠更高效地預防各種自然災害,減少自然災害帶來的影響,促進經濟的發展。雖然瑪納斯河的灌溉區已經逐步全面現代化了,讓我國的自然環境得到改善,也能促進我國農業的快速發展,但是在瑪納斯河灌溉區節水改造中,仍然存在許多問題。基于此,在灌溉區節水改造過程中,應該嚴格遵守國家頒布的相關法律,相關部門需要針對現存問題,采取解決措施,提升灌溉區的水資源的利用率,使農業能夠快速發展,也能促進我國經濟快速增長。