额敏县阔什比克良种场节水改造实施分析

2014-01-23冯建立

陕西水利 2014年3期

冯建立

（新疆维吾尔自治区塔城地区额敏县水管总站新疆额敏 834600）

1 县域概况

额敏县位于新疆维吾尔自治区塔城盆地东北部，土地资源丰富，土质肥沃，光热资源充分，适宜种植业发展。区域属内陆地区，远离海洋，气候属于温带大陆性半干旱气候，降水量小，蒸发量大，河道来水少，远远无法满足灌溉的要求。当地水资源缺乏，且在年内分布不均，具有春洪、夏旱、秋枯的特点，水资源的利用率较低。当前农业仍采用传统的大水漫灌的灌溉形式，灌溉方式落后，工程性缺水与资源性缺水矛盾十分突出，极大地制约了额敏县经济的发展。

阔什比克良种场包括阔什比克村和别斯塔勒村两个村，现有人口1032人，由汉、哈、蒙等民族组成；现有耕地0.932万亩，主要种植小麦、打瓜、甜菜、油料等作物。2012年年末，牲畜存栏头数为0.42万头（只），2012年项目区人均收入为0.71万元。

2 项目区水利工程现状及存在的主要问题

2.1 项目区水利工程现状

灌区内主要水利工程有干、支、斗、农四级渠道10.67km、机电井2眼，其中干渠已全部防渗，支渠已防渗2.5km，斗渠、农渠几乎无防渗。灌区内水利基础设施建设缓慢，工程配套不完善，支、斗、农渠防渗率低，输水损失较大。

表1 渠道水利要素汇总表

2.2 项目区存在的主要问题

（1）水资源利用率低。由于天然来水时空分布不均衡，加之缺少控制性的调蓄骨干工程，灌区水资源利用程度低；另一方面，项目区资金缺乏，同时现有骨干渠道大多都为土渠，渠道渗漏淤积严重，输水损失较多。

（2）工程问题。由于该项目区自身经济薄弱，国家投资较少，灌区水利基础设施建设缓慢，工程配套不完善，干、支、斗、农渠防渗率低，土渠受地质影响，输水损失严重。

另外，现有渠道淤积严重，渠道输水损失很大。

（3）运行管理问题。水利工程管理水平相对落后，水利建设资金投入不足，水费征收比较困难。工程维护、更新严重滞后。

3 节水改造实施方案

额敏县阔什比克良种场小型农田水利工程节水改造主要围绕灌区农业灌溉用水。灌溉用水尽可能利用地表水，然后重点抓住节水效益最大的渠道防渗工程，并完善配套设施，减少渠道渗漏损失。以节水为中心，大力推广先进的灌溉技术。最后培训管理人员，提高管理水平。

本次改造工程规模为小（1）型，等别为Ⅴ等，渠道及渠系建筑物级别为5级。工程主要建设内容：新建阔什比克支渠3.75km，农桥7座，分水闸6座。

3.1 渠道设计

根据渠线的地形、地质条件和额敏县自身的特点，渠道设计应满足稳定，防渗效果好，工程量小，造价经济，少占地的原则。经比较，选择渠道的过水断面型式为梯形。

表2 方案比较表

表3 渠道抗冻胀材料方案比选

表4 h=5.0m时置换厚度

表5 渠道农桥特性表

3.1.1 渠道水利要素计算

依据《灌溉与排水设计规范》50288—99，渠道水利要素参见附表1。

3.1.2 渠道衬砌形式的确定

本次待改造支渠地面自然坡度均在1.9%～0.9%之间，地面坡度较缓。针对渠道过水断面选型，进行了2种方案比较：

方案一：断面型式为梯形断面，底板、边板均采用8cm厚的C20F200W4现浇砼板，设30cm砂砾石垫层，内边坡为1∶1.25，外边坡为 1∶1.25，渠顶设 50cm×30cm×6cm的C20、F200、W4 砼现浇封顶板。

方案二：断面型式是梯形断面，底板采用8cm厚C20F200W4现浇砼板，边板采用8cm厚C20F200W4预制砼板，内边坡1∶1.5，外边坡为 1∶1.5，渠顶压 50cm×30cm×6cm的C20F200W4砼预制板，渠底垫层30cm厚。方案比较见表2。

方案一、二比较，渠道流速均能满足砼与砌石抗冲流速V≤2.5m/s的要求，考虑到施工工期及造价因素，方案一优势较明显。

3.1.3 渠道横断面及防渗结构设计

渠道底板采用8cm厚现浇砼板防渗，两侧边板采用8cm厚现浇砼板防渗，内外边坡均为1∶1.25，板下铺设0.3m砂砾石垫层，渠道顶部设0.5m×0.3m×0.06m现浇砼封顶板，渠道每隔3m设一道伸缩缝，缝均采用高密度苯板上设2cm聚氨酯嵌缝防渗，缝宽2.0cm。渠道填筑土料压实度为0.96，垫层砂砾中料土的粒径d≤0.075mm的含量≤10%，砂砾石垫层相对密度Dr≥0.75。砼标号均为C20F200W4。

3.1.4 渠道抗冻胀设计

针对渠道防冻胀材料，本次设计进行了砂砾石料和苯板两种方案的比较，见表3。

通过对施工条件、工程实践经验的比较，砂砾石料作防冻材料在喀什区应用比较广泛，同时积累了很多成功经验，且其运距短，造价低。苯板方案材料轻，需要机械少，但运距远，而且没有已建工程的成功经验。综合比较以上几项认为，砂砾石方案从技术条件、投资上都要明显优于苯板方案，故，抗冻胀材料确定为砂砾石料。

根据项目区工程地质勘察报告提供资料，得知该渠线属河流冲洪积平原地貌，地形平缓，沿线现为耕地。沿线地层主要为第四系上更新统～全新统冲洪积层（Q3-4al+pl），在勘探深度3.0m内，岩性为低液限粉土，土黄色，稍湿～湿，稍密，干强度低，手捻有砂粒，无韧性，捻面有光泽。天然含水率5.4%～9.5%，天然密度 1.70～1.85g/cm3，比重 2.70，液限27.1%，塑限18.0%，塑性指数9.1，轻型动探锤击数14～25击，粘聚力18kPa左右，内摩擦角25.0°左右，渗透系数3.0×10-5cm/s。承载力值110kPa，压缩模量6.0MPa。无湿陷性，属冻胀性土，弱透水性。

渠道地下水埋深大于5.0m。

依据《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL23—2006）要求，分别选取渠道的阴面、阳面和底面为计算点，计算各点设计冻深，然后根据地下水埋深，以及渠线走向，分别进行抗冻胀计算。

经计算，阴面、阳面和底面的设计冻深分别为：

渠道基础下的冻胀量hf=2.19cm，2cm＜hf＜5cm，故渠基土的冻胀级别为Ⅱ级，根据《渠系工程抗冻胀设计规范》SL23—2006中4.2.3条，梯形混凝土衬砌渠道的允许冻胀量为0.5cm～1cm。而渠道冻胀量hf为2.19，需要对渠道渠基冻胀土进行置换设计。

置换深度Ze=εZd-δ0

式中，Ze——置换深度，（cm）；

Zd——设计冻深，（cm）；

ε——置换比（%），结合当地经验参照规范5.1.5选取；

δ0——衬砌板厚度，砼板厚6cm。

其置换深度见表4。

对额敏县大型灌区渠道（已改造）冻胀破坏情况进行调查与分析，垫层设30cm不会发生冻胀破坏。同时，对额敏县已建工程也进行了调查，砼护坡垫层为30cm，均未发生冻胀破坏。

根据计算复核结果，结合项目区已建渠道的经验，支渠渠道抗冻胀处理采取置换措施，具体设计如下：渠道渠底和两侧均设0.3m厚砂砾石垫层，砂砾石垫层中土粒d≤0.075mm，细颗粒含量≤10%。渠底砂砾石垫层中土粒d≤0.075mm，细颗粒含量≤10%。

3.2 分水闸设计

本次共改造分水闸6座，分水闸由上游扭面段、闸室段、下游扭面段组成。

上游渠道分水闸由7m长的细粒砼砌石扭面连接，扭面始端设0.3m厚、1.0m深的C20F200砼齿墙，扭面底板为0.30m厚的C20F200细粒砼砌石，底板下设0.30m厚的砂砾石垫层。分水闸分水角90°，闸室为分离式砼结构，闸底板长2.0m、厚0.8m，闸室底板下设0.30m厚的砂砾石垫层。闸后设4.0m长细粒砼砌石扭面与下游渠道连接。