喀浪古尔河灌区渠道改造设计方案研究与分析

王梦君

【摘要】喀浪古尔河灌区渠道改造工程断面形式采用梯形的断面，既有效地利用了原渠道工程量，又保证了渠道的工程质量。

【关键词】渠道改造；梯形的断面方案；应用与分析

1、工程概况

喀浪古尔河灌区辖三乡、一镇、四场和塔城市区。该灌区1950年大规模开发建设以来，灌溉面积已发展为目前的53.27万亩，是塔城市重要的粮油、甜菜、红花生产基地，但是灌区骨干水利工程至今已运行了60多年，存在着工程设施年久失修、老化损坏、渗漏严重、工程引水量不足等问题。本次主要建设内容为：改造支渠9.575km，配套渠系建筑物28座。

2、基本资料

2.1 气象。灌区内平均气温5.9℃，年最冷月平均气温为-18℃，年土壤冻融循环次数小于100次。喀浪古尔灌区多年平均降水量为301mm，年蒸发量1023mm，由南到北递减，递减率为7mm/100m，蒸发多集中在5-9月，7月蒸发量最大。灌区历年平均风速2.4m/s，最大风速40m/s，年均大风日数11.1d。平均无霜期为131d，最大冻土深度为1.46m。

2.2 水文

喀浪古尔水文站设站估算多年平均径流量为768.5×104m3，喀浪古尔河引水枢纽处的多年平均径流量应为1.29×108m3。灌区内泉水量为1.61×108m3。根据《喀浪古尔灌区水资源量分析计算报告》，可知灌区内地下水总补给量为1.3076×108m3，可开采量为0.7846×108m3。

2.3 工程地质条件。本次实施的渠道，渠基土分别由低液限粘土、低液线粉土、卵石混合土、级配良好砾、继配不良砾等土体组成，属土质边坡。据各渠段岩性分别进行渠道边坡稳定性分析。

低液限粘土、低液线粉土：粘聚力15.4-23.4kPa，摩擦角20.0-28.5°，土质渠道内坡为1：2。

卵石混合土、级配良好砾、级配不良砾：粘聚力为0，摩擦角为38°，边坡容许坡度值参考自然休止角确定，渠道内坡为1：1.2。

3、工程设计

3.1 工程总体布置。喀浪古尔河灌区渠道改造工程的任务为解决灌区支渠渗漏及配套渠系建筑物工程。项目区灌溉面积10.07万亩，改造支渠9.575km（其中西六支渠3.575km，东三支渠0.5km，东七支渠1.975km，东八支渠0.7km，东九支渠2.825km），配套渠系建筑物28座。最大设计流量为2.5m3/s，根据《渠道防渗工程技术规范》SL18-2004规定，渠道工程级别为小型5级；建筑物工程级别为5级。

3.2 渠道工程。改造支渠9.575km（其中西六支渠3.575km，东三支渠0.5km，东七支渠1.975km，东八支渠0.7km，东九支渠2.825km），配套渠系建筑物28座（其中：西六支渠分水闸9座，农桥4座；东七支渠分水闸5座；東八支渠分水闸4座，农桥1座；东九支渠分水闸5座）。

3.2.1 渠道流量确定

西六支渠控制灌溉面积2.2万亩，其流量为Q灌=1m3/s，加大流量Q加=1.25m3/s。

东三支渠控制灌溉面积4.3万亩，其流量为Q灌=2m3/s，加大流量Q加=2.5m3/s。

东七支渠控制灌溉面积1.3万亩，其流量为Q灌=0.6m3/s，加大流量Q加=0.75m3/s。

东八支渠控制灌溉面积1.15万亩，其流量为Q灌=0.50m3/s，加大流量Q加=0.63m3/s。

东九支渠控制灌溉面积1.12万亩，其流量为Q灌=0.50m3/s，加大流量Q加=0.63m3/s。

3.2.2 渠线方案比较。本次实施的内容中，西六支渠、东三支渠、东七支渠、东八支渠、东九支渠均为改造渠道，现状向灌区分水的渠、路、林网格局已经形成，不宜做大的调整，从地形上看，原渠线线路短，经实地踏勘没有更经济合理的渠线，故本次设计中所有的渠线仍延用原渠线。

3.2.3 渠道断面形式的确定。由于原渠道断面为梯形，梯形断面在我区的渠道中应用非常广泛，技术也比较成熟，因此本次设计渠道断面为梯形。对渠道横断面尺寸的确定也进行了水力最佳和经济最佳断面比较，结合工程实际情况综合确定。

3.2.4 渠道水力计算。渠道水力计算采用明渠均匀流公式，依据已知的设计流量，渠底纵坡、边坡系数、糙率、不冲淤流速，按最佳水利断面的要求，计算出水深和底宽；根据实际所用衬砌材料尺寸最终确定渠道断面。

3.2.5 渠道岸顶超高计算。渠道岸顶超高计算依据《灌溉与排水设计规范》50288—99中6.1.23规定：

3.2.6 渠道横断面设计。由于施工工期比较短，为了节省工期，本次改造的支渠除东三支部分采用浆砌石外，其余支渠采用的断面形式和衬砌形式均相同，衬砌均为预制砼板。

3.2.7 抗冻胀设计。

本着工程安全、经济的角度，结合实际工程经验通过对塔额盆地的塔城市已建灌区改造好的各渠道破坏情况的调查与分析，干渠垫层设20cm-30cm没有发生冻胀破坏。因此，本条支渠的渠道渠底和两侧均设20cm厚砂砾石垫层，渠底和边坡砂砾石垫层中土粒d≤0.075mm细颗粒含量≤10%。

因此，本次改造支渠的渠道渠底和两侧均设20cm厚砂砾石垫层，渠底和边坡砂砾石垫层中土粒d≤0.075mm细颗粒含量≤10%。

4、渠道工程设计方案的分析

4.1 所选支渠渠线既可缩短工期，又减少工程投资。支渠选线如果选新建复线，虽然施工期不受渠道灌溉的影响，施工强度小，施工工艺简单。但开挖方量大，投资高。由于本灌区已经过多年运行，渠床已处于稳定状态，渠道两侧灌区、下级渠道及渠道两岸的路林都已基本固定成型，如较大幅度调整纵坡，将引起逐级渠道及两侧灌区的变动。因此，如果沿用老渠线施工期可以抢在休灌期，施工期太短，施工强度较大。但开挖方量较小，投资较小。

4.2 采用预制砼板，有效保证了工程质量和工期。支渠断面设计若以渠底采用现浇砼板，渠坡采用预制砼板。渠底施工现场需要支模、清仓，跳仓浇注，施工期较长，边坡预制砼板可在预制场制作拉运至现场，投资高，但渠道全断面采用预制砼板，预制砼板可在预制场制作拉运至现场，施工程序简单，工期较短，投资低。所以，采用预制砼板，可有力保证工程质量和工期。