灌区渠道横断面设计及方案比选分析

马铁成 新疆维吾尔自治区灌溉排水发展中心

1.工程概况

塔尔郎灌区位于新疆吐鲁番市，灌溉面积占全县灌溉面积1/6，灌区主要种植作物为葡萄、甜瓜、棉花等，是吐鲁番市重要的农业生产基地。现状灌区水利骨干工程存在渠道老化、渠板衬砌破损、渗漏严重等问题，影响夏季灌溉期灌水保证率。灌区是渠首引水，干、支、斗、农渠输水的灌溉模式。本次工程对支渠进行防渗改造总长19.35km，设计流量2.5～4.0m3/s。

2.工程地质条件

项目区属干旱地区，植被差，地表裸露，土壤松散，河道纵坡较大，中上游河段水流流速较大，山体切割破碎，当发洪水时松散的土壤很容易被地面径流侵蚀带入河槽，增加水流中的夹沙能力，泥沙含量迅速增加，对渠道冲刷较大。渠道沿线地形坡度大，地势东南低西北高，自然坡降3%左右，海拨高程在50～500m之间。渠道沿线主要为道路和戈壁。本次改造支渠布置于出山口冲洪积倾斜平原，地形北高、南低，渠线由北向南，大致沿冲洪积平原的倾斜方向穿行。渠道沿线地下水埋深大于15m对工程基本没有影响。渠道土层为非冻胀性土，不具湿陷性。

3.渠道横断面方案比选

本次改造工程沿用原渠线。渠道断面为半填半挖断面，不占用或少占用耕地。

图1 干砌卵石灌浆塑膜双防渗结构断面图

图2 渠底干砌卵石灌浆、边坡浆砌石塑膜双防渗结构断面图

图3 渠底干砌卵石灌浆、边坡现浇砼板塑膜双防渗结构断面图

表1 渠道横断面结构型式综合比较表

3.1 渠道衬砌型式的选择

渠道选择水力最佳断面进行设计，并考虑老渠道横断面尺寸且裁弯取直，为梯形断面。设计渠道横断面型式拟定干砌卵石灌浆塑膜双防渗、渠底干砌卵石灌浆边坡浆砌石塑膜双防渗及渠底干砌卵石灌浆、边坡现浇砼板塑膜双防渗三个方案进行比选。

方案一：干砌卵石灌浆塑膜双防渗（全断面为梯形）

方案一为拆除原断面结构，采用梯形断面干砌卵石灌浆塑膜双防渗结构型式。渠底及边坡均采用35cm厚干砌石C20细粒砼灌浆，下铺设0.5mm聚乙烯塑膜，封顶板现浇砼厚度8cm，宽度30cm。渠道内、外边坡均为1.5，堤顶设计宽度2.0m。设计见如图1。

方案二：渠底干砌卵石灌浆、边坡浆砌石塑膜双防渗（弧形渠底、梯形边坡）

方案二为拆除原断面结构，采用弧形渠底干砌卵石灌浆、梯形边坡浆砌石塑膜双防渗结构型式，厚35cm，下铺设0.5mm聚乙烯塑膜，封顶板现浇砼厚度8cm，宽度30cm。渠道内、外边坡均为1.5，堤顶设计宽度2.0m。设计见如图2。

方案三：渠底干砌卵石灌浆、边坡现浇砼板塑膜双防渗（弧形渠底、梯形边坡）

方案三为拆除原断面结构，采用弧形渠底干砌卵石灌浆、边坡现浇砼板塑膜双防渗结构型式，底板厚35cm，边坡板厚10cm，下铺设0.5mm的聚乙烯塑膜。封顶板现浇砼厚度8cm，宽度30cm。渠道内、外边坡均为1.5，堤顶设计宽度2.0m。设计见图3。

3.2 方案比选

对三个方案从技术、经济、施工、运行、管理等多方面比较，渠道横断面结构型式综合比较情况见表1。

（1）投资方面：方案二的投资最大，较方案一每公里多3万元，较方案三每公里多6万元，方案一与方案三投资接近，方案三最省。

（2）施工条件：全部为拆除后进行衬砌，衬砌材料为干砌石灌浆、浆砌石或者现浇混凝土板，施工难度都不大，建成后工程较为美观，防渗效果较好。但方案三施工用水及砼养护用水均较大，而项目区用水条件不理想。

（3）运行条件：对于本工程，渠道运行条件主要表现在抗磨损方面，本渠道水中含砂量较大，对渠底的磨损较严重，渠道位于多风地带常带进一些砂石颗粒。由于流速大，水流及泥沙对渠道扑打、冲刷、磨损严重，方案一、二衬砌结构具有较好的耐磨性。

综上所述，三个方案的衬砌方式均能满足渠道防渗要求，就渠道投资来说，方案一最经济；抗磨损能力方面方案三最差；从建成后的美观程度出发方案一最差；与原渠道断面吻合度方面方案二吻合度最高，可显著减少土方工程量。综合考虑，结合当地已建渠道运行情况，方案二具有较大的优势，本渠道防渗采用方案二为推荐方案。

4.结论

以塔尔郎灌区原有渠道工程为基础，从抗磨损能力、投资、防渗效果、运行管理、美观及与原断面吻合程度等方面拟定三个渠道横断面型式方案进行比选，最终采用弧形渠底干砌卵石灌浆、梯形边坡浆砌石塑膜双防渗结构型式，改建渠道具有适用性和耐久性，并具有较好的防渗性。