浅谈玛纳斯河灌区东岸大渠改造方案比选

2016-05-15王芳

陕西水利 2016年3期

关键词：糙率纵坡卵石

王芳

（新疆玛纳斯河流域管理局新疆石河子832000）

浅谈玛纳斯河灌区东岸大渠改造方案比选

王芳

（新疆玛纳斯河流域管理局新疆石河子832000）

本文在玛纳斯河灌区续建配套与节水改造的背景下，结合玛河灌区基本情况，分析了东岸大渠存在的主要问题，针对东岸大渠改建段现状，就其改造设计中的几个关键环节进行了探讨，以期为同类工程提供参考。

玛纳斯河灌区；续建配套与节水改造；东岸大渠；改造

1 概况

新疆维吾尔自治区玛纳斯河（以下简称玛河）流域位于天山北坡经济开发区核心地带，地处准噶尔盆地南缘，地理位置为东经84°47′～85°31′，北纬43°40′～45°30′。玛河灌区位于流域中下游的冲洪积扇倾斜平原和更为广阔的冲洪积平原上，灌区总耕地面积357万亩，灌溉面积316.3万亩，年灌溉用水量16亿m3，是全国特大型灌区之一。

2014年5月，玛纳斯河流域管理处计划对玛河灌区进行续建配套与节水改造。此次续建配套与节水改造工程为灌区骨干水利工程，主要项目包括：改造东岸大渠8+030.71～8+855.10段；改造东岸大渠8km过河涵洞段，配套建筑物2座。本次主要讨论东岸大渠改造。

东岸大渠位于玛河东岸，渠道全长17.2km，控制灌溉面积316.3万亩，年输水量9.4亿m3，担负着灌区内灌溉、水力发电、水库引水、玛电引水等重要使命。本次改建段主要担负着灌区内灌溉、水库引水的重要使命。

2 东岸大渠改建段现状及存在问题

2.1 东岸大渠改建段现状

东岸大渠竣工于1959年，起始桩号位于红山嘴渠首进水闸，由南向北流经玛河四级电站、五级电站、北疆铁路、312国道等，至玛纳斯县的兰州湾乡，渠道全长17.2km，为干砌卵石衬砌的梯形渠道，纵坡0.5%～2%。年输水量9.4亿m3。

本期改建8+030.71～8+855.10段，渠道底宽为8m，渠道纵坡0.52%～0.89%，渠深2.3m～2.5m，渠道边坡1:1.7～1:4，渠道为干砌石结构。渠道左侧为河漫滩，渠道右侧为石红公路，路面宽6m，石红公路右侧伴有五级电站尾水渠，五级电站尾水渠在东岸大渠桩号8+855.10处投入渠道。

2.2 存在问题

该渠道经过近50年的运行，老化、衬砌磨损很严重，目前已无法满足设计过水要求，严重制约了灌区工农业生产和可持续发展，急需改造。渠道目前存在以下问题：

（1）渠道磨损破坏严重，沿线多处出现大片面积的干砌石剥落现象。

（2）渠道变形严重，底板凸凹不平，边坡杂草影响渠道过流能力。

（3）经复核计算，8+030.71～8+855.10段渠道超高不够，影响渠道的安全运行。

3 改造设计

本次改造以提高用水效率和效益为中心，把大力推进节水型社会建设作为灌区节水改造的指导思想，同时遵循以下两点基本原则：①从全局利益出发，优选地理位置重要，破损严重的渠道进行防渗改造。②以工程现状及存在问题为着手点，结合当地材料及管理水平，以节水防渗为中心，合理调整工程布局，保证建筑物的完整和配套，同时采用先进适宜的工程技术。

3.1 线路选择

东岸大渠全长17.2km，本期改造8+030.71～8+855.1段。该段左侧为河漫滩、林带，右侧伴行石红公路及电站尾水渠。现状渠线顺直，若另选线路，受原有建筑物影响，需要增加大量投资。因此，本期改造渠线仍沿用原渠线。

3.2 渠道纵断面设计

改建渠道纵坡主要受渠道原节制分水闸底板高程及原已建渠段渠底设计高程控制。渠道纵坡共分为三段，渠道纵坡取5.2‰～9‰。

3.3 渠道断面型式选择

现状渠道断面为梯形断面，渠道断面可采用梯形和弧形坡脚梯形断面两种方案。由于渠道运行数十年，渠道断面经每年的维修，现状已不规则，存在左右边坡不对称，渠道底宽不规则等现象。如果采用弧形坡脚梯形断面，由于渠道输水流量较大，渠底较宽，施工难度较大。另外参照本条渠道已经施工段的设计横断面形式，本期改建段渠道断面型式仍采用梯形断面。

图3 方案二示意图

表1 两方案技术、经济对比

表2 东岸大渠改建段水力计算表

3.4 渠道参数选取

（1）边坡系数。改建段老渠现状断面已不规则，经实测边坡为1:1.5～1：4，渠道底宽8m。改建渠道断面基本接近老渠道断面，以渠道回填量最少为原则，渠道边坡为1:1.85、1: 2.6。

（2）糙率。依据《渠道防渗工程技术规范》(SL18-2004)，结合工程特点，现浇砼板糙率取0.015，浆砌卵石糙率取0.025。

渠道设计断面中含砌石和混凝土两种衬砌材料，糙率采用综合糙率，计算公式如下：

式中，n1——衬砌材料1糙率，渠道边坡衬砌采用现浇混凝土板；

n2——衬砌材料2糙率，渠道底部采用浆砌石，糙率采用0.025；

x1——衬砌材料1的断面湿周（m），本工程指为现浇混凝土板边坡的湿周长度;

x2——衬砌材料2断面湿周（m），本工程指渠道底板浆砌卵石的长度。

3.5 渠道衬砌材料选择

根据地质勘察报告，渠道存在的主要问题：渠道老化、渗漏严重。因此对此段渠道改造的主要措施就是防冲、防渗措施。

现状渠道边坡及底板均采用干砌卵石，纵坡5.2‰～9‰，渠道流速3m3/s～4.4m3/s。干砌卵石只能起到防冲刷的作用，不能起到防渗作用，根据地质勘察报告，该段地层属中等透水，因此，衬砌材料应该同时具备防冲和防渗的作用，根据就地取材的原则和该渠道流速大的特点，可选材料为现浇混凝土板和浆砌卵石，如果全断面采用现浇混凝土，渠道流速将达6m3/s以上，超过规范允许的混凝土板的不冲流速，根据实际情况，本文采用两种方案进行比较，方案一：渠道采用底板浆砌卵石+边坡现浇混凝土板；方案二：全断面采用浆砌石衬砌。

方案一：现浇混凝土边坡+浆砌卵石底板。

渠道底部衬砌结构由内向外依次为：原渠道干砌卵石层→30cm厚浆砌卵石护面。边坡衬砌结构由内向外依次为：原渠道干砌卵石层→C10混凝土找平层→采用15cm厚混凝土护面。

方案二：浆砌卵石方案。

在原断面上砌筑30cm厚C20细粒混凝土砌卵石，渠道底宽及边坡系数同原渠道。

通过表1可以看出，两方案均满足工程运行要求，方案一与方案二投资相差不大，方案一施工相对简单，施工进度快，工期有保证；方案二需要大量卵石，采集困难，施工质量不易控制，施工进度慢。本段渠道每年停水期时间较短，为了不影响施工，本段渠道衬砌采用底板浆砌卵石+边坡现浇混凝土板。

3.6 渠道的水力计算

渠道的水力计算采用明渠均匀流公式。①8+030.71～8+250.00段：渠道底宽8m，渠道边坡系数m=1.85，经计算渠道最大水深1.52m，渠深2.6m；②8+250.00～8+700.00段：渠道底宽8m，渠道左边坡系数m=1.85，右边坡系数m=2.6，经计算渠道最大水深1.39m，渠深2.4m；③8+700.00～8+855.10段：渠道底宽8m，渠道左边坡系数m=1.85，右边坡系数m=2.6，经计算渠道最大水深1.59m，渠深2.7m。具体计算结果见表2。

综上所述，东岸大渠改造渠线仍沿用原渠线；渠道纵坡取5.2‰～9‰；渠道边坡为1: 1.85、1:2.6；现浇砼板糙率取0.015，浆砌卵石糙率取0.025；本段渠道衬砌材料采用底板浆砌卵石+边坡现浇混凝土板。