论塔里木灌区恰铁干渠改建工程设计范文

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［摘要］新疆兵团第二师塔里木灌区位于塔里木盆地东北边缘，恰铁干渠承担塔里木灌区2.7万hm2的灌溉任务，是整个灌区的骨干输水工程。文中通过这次恰铁干渠渠道及配套渠系建筑物的改建，有效改善灌区内的生产条件和抗御自然灾害的能力，同时提高恰铁干渠的水资源利用率，节约农业灌溉用水。

［关键词］塔里木灌区；渠道工程；防渗改建设计项目背景

新疆兵团第二师塔里木灌区位于塔里木盆地东北边缘，塔里木河下游，行政区划在新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州尉犁县境内。灌区西南临塔克拉玛干沙漠，东北为库鲁克沙漠，灌区全长180km，形成—个依塔里木河而成的狭长绿洲，属举世闻名的塔河下游“绿色走廊”的上段，灌区内现有新疆生产建设兵团第二师塔里木水管处和31团、33团、34团三个团场。恰铁干渠承担第二师塔里木灌区2.7万hm2的灌溉任务，是整个灌区的骨干输水工程。干渠总长度90.25km，首段设计流量32m3/s，加大设计流量38m3/s，沿线共设有14座节制闸，61座分水闸，5座交通桥，7座测桥，1座跌水。2001—2002年对恰铁干渠二号闸（桩号17+189）以下渠段进行混凝土板衬砌的硬质化改建，恰拉拦河枢纽至二号闸渠段现状仍为土渠，这次计划对该段进行改建。需改建段现状渠道断面不规整，输水效率低，进水闸工程年久失修，渠系建筑物不配套，通过这次渠道及配套渠系建筑物的改建，有效改善灌区内的生产条件和抗御自然灾害的能力，同时提高恰铁干渠的水资源利用率，节约农业灌溉用水。

1项目主要建设内容

这次恰铁干渠改建工程内容，主要是对恰铁干渠0+000～17+189段灌溉渠道共计17.189km进行改建，其中前8.067km仅修建渠堤管理道路，其余9.122km进行防渗改建为主要措施的节水改造，改建及配套完善渠系建筑物共计17座，包括节制分水闸2座，分水闸9座，农用桥1座，测桥2座，泵站3座。

2工程等级和标准

这次拟改建恰铁干渠设计流量32m3/s，加大流量38m3/s，控制灌溉面积2.7万hm2。根据GB50288-99《灌溉与排水工程设计规范》，按灌溉流量，确定恰铁干渠工程级别为3级，工程规模为中型工程；主要建筑物为3级建筑物，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。

3渠道工程设计

3.1渠道纵断面设计恰铁干渠根据取水口恰拉枢纽闸底板高程，已建的一号节制闸、二号节制闸闸底板高程作为控制点，纵坡和现有渠道的纵坡保持一致，为1/9970和1/7500。

3.2渠道横断面选择根据这次改建渠道的纵坡、工程地质条件以及渠道防渗技术规范对各项设计指标的要求，同时结合塔里木灌区多年来已建工程的实际经验，初步选定以下三种断面形式进行方案技术比较，详见表1。通过上述方案比较，这次改建的恰铁干渠0+000～8+067段仍为土渠，8+067～17+189段为砂砾石护面，渠道流量规模较大，考虑到这次改建的渠道易受冻坏影响，部分渠段地下水位埋深较浅，结合塔里木灌区已实施类似工程经验，这次改建的恰铁干渠改建渠道横断面形式，采用弧形坡脚梯形断面。弧形坡脚的现浇混凝土块半径设计为2m，圆心角29.7°，对应弧长1.038m，矢高0.264m。

3.3渠道衬砌方案选择1）恰铁干渠（0+000～8+067段）：即恰拉渠首～总节制闸段。该段紧临恰拉水库，地下水位埋深较浅，常年有地下水渗入渠道，渠道不宜采用封闭式护砌，这次仍采用土渠运行。由于渠底有淤积现象发生，这段左右岸渠堤堆有清淤挖出的淤土，为了便于管理单位进行巡渠、管理和维护，拟在渠堤设管理道路，管理道路设路宽4m，为砂砾石路面，砂砾石层厚40cm。2）恰铁干渠（8+067～10+555段），即总节制闸至10+555段。这段渠道靠近恰拉水库及塔里木河，因此地下水间歇性埋深较浅，尤其需要考虑冬季冻胀问题，由于灌区水资源紧张，防渗仍然是渠道建设的重要考虑因素，故针对此段渠道的实际情况，渠道衬砌方式选用以下四种方案进行比选，见表2。根据长期观测此段渠底水位及相对地下水位等相对高程，测得仅在停水期总闸附近地下水较渠底高出0.49m以外，其余时段及地段地下水均低于渠道水面。因此此段主要需考虑冬季的冻胀问题，如膜下有水分存在，当气温降低时，就会对混凝土板产生冻胀破坏，故此段渠底采用柔性透水结构，渠底的柔性结构具有透水性好、防冲性能好，抗冻胀能力强的优点，充分保证渠道的运行安全，同时，渠坡仍采用现浇混凝土板加一布一膜的双防防渗型式，并设弧形坡脚。3）恰铁干渠（10+555～13+684段），即10+555至一号节制闸段。这段渠道衬砌方式选用以上四种方案进行比选，因该段渠道断面较大，有现浇混凝土板施工所需的较宽阔的场地，现浇混凝土板整体性好，抗冻性能也较好，且一布一膜防渗效果非常好，从运行条件、施工条件、质量控制、安全性、维护管理等方面考虑，推荐采用方案二，即全断面现浇混凝土板加一布一膜方案。4）恰铁干渠（13+684～17+189段），即一号节制闸至二号节制闸段。此段渠道和前段（10+555～13+684）段运行条件相同，渠道衬砌方案经四种方案比较后，推荐采用全断面现浇混凝土板加一布一膜方案。

3.4渠道水力计算1）边坡系数。根据（GB50288-99）《灌溉与排水工程设计规范》表6.1.19、6.1.22及地质勘察成果，恰铁干渠0+000～8+067土渠段内坡坡比采用1∶2.75，外坡坡比为1∶1.5；8+067～17+189段内坡坡比为1∶1.75，外坡为1∶1.5。这次改建的其余渠道的内、外边坡均为1:1.5。2）糙率。恰铁干渠糙率按GB/T50600-2010《渠道防渗工程技术规范》表5.4.2取用，渠道0+000～8+067段砂砾石护面糙率取为0.025，现浇混凝土板糙率为0.016，8+067～10+555段采用复合糙率为0.021。3）衬砌混凝土板厚度。防渗衬砌结构厚度按（GB50288-99）《灌溉与排水工程设计规范》表6.2.5取用，现场浇筑混凝土（未配置钢筋）的衬砌结构的适宜厚度为6～12m，参考本地区已建现浇混凝土衬砌结构的渠道运行情况，选取恰铁干渠8+067～17+189段护坡现浇混凝土衬砌厚度为10cm。4）渠顶超高。恰铁干渠渠道超高按（GB50288-99）《灌溉与排水工程设计规范》1～3级渠道岸顶超高应按土石坝设计要求经论证确定。同时根据《灌溉与排水设计规范》渠道岸顶超高公式，计算出的渠道超高进行复核。通过两种公式计算得到的超高差别不大，参考渠道多年实际运行情况，在确保安全运行情况下，确定恰铁干渠0+000～8+067段渠道的超高为0.76m；8+067～10+555段改建渠道的超高为0.84m；10+555～13+684段渠道的超高为0.93m，13+684～17+189段渠道的超高为1.19m（需考虑二号闸后的水位顶托影响）。5）堤顶宽度。根据GB/T50600-2010《渠道防渗工程技术规范》的规定，防渗渠道设计流量大于20m3/s时，渠道堤顶宽度为2.5～4.0m。结合对各渠道的现场踏勘，考虑现状的地物情况及渠道巡渠管水的需要，恰铁干渠0+000～8+067段，干渠左侧渠堤堤顶宽度取4.0m，干渠右侧渠堤堤顶宽度取3.0m；恰铁干渠8+067～17+189段左右侧渠堤堤顶宽度均取3.0m。结合渠道现状，综合选定渠道断面尺寸，渠道水力要素见下表3。

3.5渠道抗冰冻设计根据地质资料，这次进行改建渠道的渠基岩性以低液限粉土为主，土中粒径小于0.075mm的土粒，按重量占总土重的30%～60%左右，因此可以确定该工程地基土为冻胀性土，最大冻深为0.8m，地下水埋深较浅，故需进行抗冻设计。这次续建配套与节水改造所在区域最冷月1月，平均气温－9.5℃，属寒冷地区。根据（SL23－2006）《渠系工程抗冻胀设计规范》，经设计冻深和换填厚度计算比较后，依据渠道的工程规模、塔里木灌区实践经验值和类似工程实际应用情况，恰铁干渠为东西走向渠道，采用沙垫层作防冻层时，阳坡坡顶换填层厚度取30cm，坡底换填厚度为60cm；阴坡坡顶换填厚度为40cm，坡底换填厚度为60cm；渠底换填厚度取60cm能够满足抗冻胀要求。

3.6混凝土设计标准该灌区属寒冷地区，渠道衬砌现浇混凝土板和预制混凝土板强度质量要求，依据《渠道防渗设计规范》选取混凝土强度为C20一级配混凝土，抗冻标号F200，抗渗标号W4，由库尔勒市专业预制厂集中预制。水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比不大于0.55，掺入PC-2型引气剂。

4结语

新疆兵团第二师塔里木灌区恰铁干渠改建工程，已于2015年底完工，投入运行三年来，有效降低干渠在输水过程中的水量损失，渠道水利用系数提高约2个百分点，年节约水量约318万m3，同时渠道输水效率明显提高，保证了灌区的输水运行安全，因此该工程建设取得了很好的社会效益、节水效益。

［参考文献］

［1］GB50288-99，灌溉与排水工程设计规范［S］.

［2］GB/T50600-2010，渠道防渗工程技术规范［S］.

［3］SL23-2006，渠系工程抗冻胀设计规范［S］.

［4］赵伟，杨晴.塔里木河干流水量调度需求过程研究［J］.水利规划与设计，2017（11）：30-33.

作者：吴自栋 单位：新疆泓景创意设计工程有限责任公司