宝鸡峡塬上总干渠存在问题及节水改造方案分析

杨建团

（陕西省宝鸡峡引渭灌溉管理局，陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

宝鸡峡塬上总干渠是全灌区灌溉、发电输水的“主动脉”，承担着向下游灌区抗旱、电站发电输水任务，具有灌溉、蓄库、发电等多项重要功能，于1971年建成。控制灌溉面积171.91万亩，电站总装机容量26.9 MW，水库总库容3.3亿m3。渠首设于陈仓区林家村，由林家村枢纽进水闸起至乾县坛子坊止，全长170.2 km。设计断面为梯形，底宽4.5 m～12 m，渠深3.2 m～4.6 m，内坡比 1∶1.1～1∶1.5，比降 1/1000～1/5000，设计流量50 m3/s～40 m3/s，加大流量60 m3/s～55 m3/s。渠道年平均运行300天以上，是灌区非常重要且着力加强维护的重点渠道。

2 存在问题

2.1 工程险工隐患多

塬上总干渠98 km塬边渠道途经古、老、新滑坡体172处，塬高坡陡，左岸施工时削坡又不到位，局部滑坡多次发生，危及行水安全；临平地段渠道穿越早期人们居住的黄土高原边沿区，废弃旧窑洞、墓穴多，输水安全隐患大。支渠布线太长，最长超过30 km，渠线所到之处深挖方高填方渠段多，安全隐患突出。

2.2 渠道冻胀损坏严重

经过40多年运行，由于冻胀、沉陷、滑坡等原因，原现浇砼衬砌板出现大量贯通裂缝和表面脱落现象，且绝大多数裂缝集中在渠底部位，损坏部位占防渗面积40%左右。贯通裂缝和板块脱落成为渠道最直接的渗漏通道，长期的渗漏不仅造成水源较大浪费，而且对渠岸稳定造成极大威胁。如2013年3月31日，乾县周城镇漠谷河右岸发生严重滑塌，滑塌方量30万m3，导致总五支渠200 m渠道滑塌中断用水，造成下游2.4万亩农田至今无法抗旱灌溉。

2.3 设施老化长期带病运行

在实际运行中，因为干、支渠初期衬砌段的砼板厚度小、标号低，且板下无防渗膜料，衬砌板大小不一。因冻融作用，基础沉陷和自然老化，砼衬砌板普遍发生裂缝、鼓肚、剥蚀、错位等破坏现象；破损预制衬砌板滑落渠底，阻水雍水，降低防渗效果和输水能力；填方段多次出现裂缝、塌陷等险情，以致漏水、决口事故频繁发生。多年来由于维修改造资金短缺，长期处于带病运行状态。

3 工程改造方案分析

3.1 渠道设计流量确定

塬上总干渠地处灌区上游，承担着向下游灌区输水、蓄库、发电等重要任务。由于灌区面积基本未变，所以渠道改造维持原设计流量不变。

3.2 渠道纵横断面设计

总干渠节水改造段现状为梯形断面，依据《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》和《陕西省大型灌区续建配套与节水改造工程实施方案设计大纲》，若改为弧脚梯形断面土方工程量大，施工工期长；而采用梯形与现状断面易于结合，土方工程量少，施工期短，因此该段渠道改造采用梯形断面。

3.3 渠道水力计算

本次改造的渠道设计根据明渠均匀流公式进行计算：

式中：A 为过水断面面积，m2；C 为谢才系数，C=1/n×R1/6；R 为水力半径，m，R=A/X；X 为湿周，m；i为渠道比降。

结合工程现状、渠道多年运行情况及《灌排规范》，塬上总干渠渠堤超高按土石坝设计要求计算确定为1.28 m，渠道改造段水力要素见表1。

表1 塬上总干渠改造段水力要素表

3.4 渠道流速校核

①渠道允许不淤流速

经计算渠道最小V不淤=0.60 m/s。

②允许不冲流速

由《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288-99）查得：砼渠道V不冲=8.0 m/s。而改造段渠道设计流速大于0.60 m/s，小于8.0 m/s，所以满足不冲不淤要求。

3.5 渠道衬砌设计

塬上总干渠道衬砌采用全断面现浇砼板膜复合结构，板下铺设一布一膜复合土工膜。各改造段统一采用膜厚0.5 mm、基布150 g/m2的复合土工膜，渠道衬砌砼标号为C20W6F50。渠道衬砌底板等厚16 cm，坡板采用楔形板，按照渠道阴阳坡分别设计衬砌板厚度，阳坡板厚10 cm～16 cm、阴坡12 cm～16 cm。改造段纵向伸缩缝沿两侧坡板与底板相交处设两道，横向伸缩缝每隔4 m设一道，同时在新旧衬砌板相接处及断面变化处设横向伸缩缝。伸缩缝断面为梯形，上口宽3.0 cm，下口宽2.0 cm，伸缩缝先用M10水泥砂浆封底，再热灌聚氯乙烯胶泥，最后用M10水泥砂浆封口。

3.6 渠道抗冻胀设计

塬上总干渠走向为E-W，选取内坡中点偏下、底面中点两点进行冻胀量计算。塬上总干渠位于季节性冻土地区，据气象站资料，改造段最大冻深为30 cm，多年平均冻深20 cm，按《渠系工程抗冻胀设计规范》(SL 23-2006)计算本工程的冻胀位移值。

①设计冻深值

设计冻深按《渠系工程抗冻胀设计规范》（SL 23-2006）进行计算：

式中:Zd为渠系工程的设计冻深，cm；Zm为历年最大冻深，cm；ψd为考虑日照及遮阴程度的修正系数，按 ψd=α+（1-α）ψi计算，渠底底面ψd=1.065，渠道阴坡板ψd=1.324，渠道阳坡板ψd=0.478；ψw为地下水影响系数，近似取1.0。

经计算，渠底的设计冻深Zd=31.95 cm，渠道阴坡板设计冻深Zd=39.72 cm，渠道阳坡板设计冻深Zd=14.34 cm。

②基础设计冻深

渠道的衬砌板厚度为δc＜0.5 m，渠道基础设计冻深Zf按抗冻胀规范进行计算：

式中：Zf为基础下的设计冻深，cm；δc为基础板厚度，cm；δw为底板之上冰层厚度，cm。

经计算，渠道底面Zf=23.15 cm，阴坡面Zf=31.27 cm，阳坡面Zf=6.59 cm。

③冻胀量

冻土层产生的冻胀量hf按抗冻胀规范进行计算：

式中：h为工程地点天然冻土层产生的冻胀量，cm；Hf为基础结构下冻土层产生的冻胀量，cm。

由于项目区地下水埋深大于2 m，按2 m考虑，依次查表得h=0.6 cm、0.8 cm、0.6 cm。故渠道底面冻胀量hf=0.44 cm，渠道阴坡面冻胀量hf=0.63 cm，渠道阳坡面冻胀量hf=0.18 cm。

根据以上计算结果，本工程最大冻胀位移值发生在渠道阴板坡底部，其值为0.63 cm，小于该渠道1 cm的允许冻胀位移值。所以该渠道在选用砼楔形板板膜复合结构衬砌、设置伸缩缝和基土夯实等措施后，满足抗冻胀要求。

4 棚盖段方案比选

在进行塬上总干渠改造的同时，对部分支渠及分支渠道也进行改造和方案优化。如总干二支分支渠3+025～3+450段渠道为过村渠道，为保证村民活动安全，避免垃圾入渠，决定对该段渠道进行棚盖。并根据该段渠道地形条件和流量规模，对矩形断面和弧底梯形断面两种形式进行比选。

1）横断面形式设计

①方案Ⅰ：矩形断面

棚盖段全部采用矩形断面，底板厚10cm，侧墙厚45cm，横向每4m设伸缩缝一道，底板和侧墙连接处设纵向伸缩缝两道。盖板用1.8m×0.5m×0.12m预制C25钢筋砼板。横断面衬砌设计见图1。

图1 矩形断面盖板设计图（尺寸单位：mm）

②方案Ⅱ：弧底梯形断面

棚盖段渠道全部采用弧底梯形断面，衬砌板等厚8 cm，全断面铺设一布一膜复合土工布，横向每4 m设伸缩缝一道。盖板用3.2 m×1.0 m×0.25 m预制C25钢筋砼板。横断面衬砌设计见图2。

图2 弧底梯形断面盖板设计图

2）横断面形式比较

矩形断面和弧底梯形断面各有优缺点，见表2。

表2 横断面形式比较表

从以上比较看出，方案Ⅰ根据地形条件，利于施工，单米工程投资较小；方案Ⅱ水力条件和抗冻胀性虽好，但弧底梯形断面施工难度相对较大，单米工程投资较大。故设计选取矩形断面形式进行渠道棚盖。

5 结语

近些年，宝鸡峡灌区利用节水改造项目，对塬上总干渠及支、分支渠逐步进行改造加固，方案坚持依据规范，因地制宜，注重解决渠道常见的淤积、渗漏、裂缝、冻胀问题，消除工程病险状况对输水灌溉的制约，保证渠道安全运行，提高工程建设质量和使用寿命。同时，工程改造注意新旧渠道有机衔接，干支渠道改造相互配套，提高灌溉供水保证率，恢复扩大农灌有效面积，促进项目区农业增产农民增收。实施方案科学、合理、实用，可为全省大中型灌区渠道工程节水改造提供借鉴。