陳黎明

1 工程概況

奎屯河流域位于天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，流域東以巴音河流域?yàn)榻?，西以古爾圖河和托托河為界，南以伊犁喀什河流域?yàn)榻纾币钥秃右员钡纳衬疄榻纾饔蚩偯娣e2.83萬km2。其中山區(qū)1.19萬km2，平原區(qū) 1.64萬 km2。本項(xiàng)目完成新建渠首1座，新建渠首最大泄洪流量76.9 m3/s，最大引水流量2.5 m3/s。渠首原設(shè)計(jì)形式為攔河加滾水壩式，渠首工程主要包括滾水壩、沖砂閘、引水閘和上、下游整治段組成。

2 工程存在問題

2.1 原渠首

奎屯河上游現(xiàn)有一座引水渠首，始建于1975年，渠首設(shè)計(jì)引水能力為1.5 m3/s，因缺乏專業(yè)管理人員，且交通不暢，無相關(guān)維護(hù)費(fèi)用，運(yùn)行至今，渠首水毀嚴(yán)重，滾水壩已不復(fù)存在，現(xiàn)在只有一條簡易漿砌石擋水墻，現(xiàn)狀渠首實(shí)際引水能力僅為0.7m3/s，每年五六月遇山洪突襲，當(dāng)?shù)卣M織村民上山防洪，但無法從根本解決問題，由于引水量達(dá)不到要求，直接影響村民定居下來，被迫遷徙。

2.2 渠系建筑物

灌溉區(qū)內(nèi)渠堤建筑質(zhì)量差，渠系安全無保證。建筑物始建于20世紀(jì)70～80年代，水閘基礎(chǔ)設(shè)施坐落在低液限粉土層上，因基礎(chǔ)處理不完善，施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等原因?qū)е滤l破損嚴(yán)重，同時(shí)由于年久失修，閘門變形嚴(yán)重，啟閉設(shè)備也不配套，閘門漏水甚為嚴(yán)重，已不能起到節(jié)制調(diào)控流量作用，閘前閘后漸變段已基本破損,有明顯沉降變形,滲漏嚴(yán)重。

3 渠首改造方案

3.1 引水渠首規(guī)模

設(shè)計(jì)引水流量為1.92m3/s，加大引水流量為2.5m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252—2000，渠首工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇。天然河道洪水10年一遇洪峰流量為46 m3/s，30年一遇洪峰流量為76.9m3/s。

3.2 渠首總布置

根據(jù)河道功能控制水位和灌區(qū)所需用水量，通過現(xiàn)場勘測,提出兩種方案，方案一攔河壩式渠首,方案二攔河閘式渠首。

3.2.1 方案一：攔河壩式渠首

滾水壩式渠首由滾水壩、沖砂閘、引水閘和陡坡段及拋石坑組成。引水閘布置在左岸，與沖砂閘平行布置，引水閘閘孔凈寬2.0 m。沖砂閘布置在引水閘和溢流壩之間，閘孔凈寬3.0 m、兩孔閘。溢流壩壩長25 m,壩高3.4 m，地面以上高1.9 m，滾水壩末端設(shè)15m長的陡坡段，設(shè)4.5m深的拋石坑。

3.2.2 方案二：攔河閘式渠首

攔河閘方案主要由泄洪閘、沖砂閘、引水閘、海曼段及上游連接段組成。泄洪沖砂閘垂直于河道布置，其中泄洪閘為4孔凈寬5 m的梯形閘門，沖砂閘緊靠引水閘布置，為凈寬3.0 m的平板鋼閘門。引水閘位于渠首左岸，閘孔凈寬2.0 m，泄洪沖砂閘后接海曼段及防沖段。

經(jīng)過對比,攔河閘方案較滾水壩方案沖砂閘效果要好，攔河閘方案要求管理水平較高，洪水期要求專人開啟閘門。項(xiàng)目區(qū)位于山區(qū)，現(xiàn)狀沒有管理站所駐扎此地，無法按設(shè)計(jì)要求管理閘門。而滾水壩方案是自由溢流，可減少管理投入，更適合本地實(shí)際情況。攔河閘方案和滾水壩方案都有可建條件，經(jīng)方案比選，攔河閘方案較滾水壩方案多22萬元左右投資，結(jié)合工程投資本次選擇滾水壩方案。

引水渠首工程布置在原老渠首位置，建議主要包括沖砂閘、引水閘和滾水壩、上、下游連接段組成。上游進(jìn)口段長20 m寬55 m，底板采用C20F200細(xì)粒砼砌筑，邊墻長24 m采用C20F200細(xì)粒砼砌筑。根據(jù)水文資料，30年一遇洪峰流量為76.9 m3/s，渠首最大泄洪流量也為76.9 m3/s，其中滾水壩最大泄流能力為34.46m3/s，沖砂閘最大泄流能力42.44m3/s。滾水壩寬25 m，垂直于河道布置壩型為梯形實(shí)用堰，為滿足河道沖砂要求，在滾水壩左端設(shè)沖砂閘，沖砂閘為2孔，閘孔凈寬為3.0 m。引水閘位于滾水壩左岸，其軸線與滾水壩軸線成16°角。引水閘為1孔，閘孔凈寬2.0 m，最大引水流量2.5 m3/s，采用平面鑄鐵閘門控制。下游海漫段長15m底板用0.5 m現(xiàn)澆板澆筑，左岸邊墻為鋼筋混凝土，右岸邊墻為C20F200細(xì)粒砼砌筑。出口段下游接拋石坑拋石粒徑d≥0.7 m。

表1 渠首方案比選

3.3 滾水壩壩頂高程和溢流段長度的確定

滾水壩為壅水建筑物其壩頂高程和滾水壩段長度的確定與許多因素有關(guān)，其中主要是：a.滿足設(shè)計(jì)引水位的要求，保證渠系和引取所需的供水流量；b.上游洪水位不超過允許的高程，以避免造成過大的淹沒損失。洪水采用30年一遇校核洪峰流量引水閘為76.9 m3/s，灌區(qū)設(shè)計(jì)最大引水流量為2.5 m3/s[1]。

4 穩(wěn)定驗(yàn)算及技術(shù)參數(shù)

根據(jù)新疆特殊的地理環(huán)境,渠系主要是凍脹破壞,施工現(xiàn)場天然凍土層凍脹量可依據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23-2006查圖3.2.2-2，凍前地下水位Zw=2.0 m,經(jīng)查表，干渠N-S方向最大地表凍脹量為2.6 cm,經(jīng)計(jì)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下凍土層產(chǎn)生的凍脹量為2.43cm[2]，查表3.3.2得地基土的凍脹性級別為Ⅱ級。

4.1 抗滑穩(wěn)定安全驗(yàn)算

渠首地層屬第四系上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)洪積堆積物砂卵（礫）石層，其厚度大于60m，表層有較薄的沖洪積粘土，低液限粘土，透水性強(qiáng)，厚度大，結(jié)構(gòu)密度，干燥，磨圓度較好，呈亞圓形，內(nèi)磨擦角為 32°，允許承載力 32t/m2，滲透系數(shù) 2.32×10-2～7.52×10-3cm/s，本段渠線地下水埋深大于10 m，穩(wěn)定性驗(yàn)算達(dá)到要求,處理深度應(yīng)滿足水流抗沖刷深度。

4.2 抗凍脹穩(wěn)定性驗(yàn)算

渠系襯砌結(jié)構(gòu)的凍脹位移值渠系基土的凍脹量確定，根據(jù)《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》SL23-2006表（4.2.2）規(guī)定，混凝土襯砌防滲的梯形底梯形渠系允許位移值為1～3 cm，干砌卵石做漿襯砌防滲的梯形底梯形渠系允許位移值為2～5 cm。梯形底渠系底部的基土凍脹量小于規(guī)范規(guī)定的允許凍脹量，所以不用采取防凍脹措施，但梯形底渠系邊坡和梯形段渠系凍脹量大于規(guī)范規(guī)定的允許凍脹量，需進(jìn)行置換，以防止渠系發(fā)生凍脹破壞。

4.3 砂礫石含量

實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)：通過對奎屯河灌區(qū)的渠系破壞情況的調(diào)查與分析，墊層設(shè)20 cm～30 cm不會發(fā)生破壞。綜上所述，本次設(shè)計(jì)渠系渠底和邊坡采用6 cm厚C20F200預(yù)制砼板襯砌，下部鋪30cm厚的砂礫石墊層,渠系填方部分設(shè)計(jì)干容重rd≥1.70g/cm3。砂礫石墊層的技術(shù)要求為：最大顆粒粒徑不超過40 mm,小于0.075mm的顆粒質(zhì)量含量不超過6%，小于7.5mm顆粒質(zhì)量含量不超過40%，相對密度不小于0.75。

4.4 灌溉水利用系數(shù)

根據(jù)實(shí)地的調(diào)查，現(xiàn)狀該渠系干渠進(jìn)行了防滲處理，現(xiàn)狀干渠由于渠線較陡，已建的砼襯砌渠系沖毀嚴(yán)重，渠系全長6.0km，其中毀壞90%以上毀壞。經(jīng)實(shí)際調(diào)查現(xiàn)狀地面灌渠系水利用系數(shù)0.58，田間水利用系數(shù)0.9，灌溉水利用系數(shù)為0.52，無高效節(jié)水，見表2。

表2 灌溉水利用系數(shù)表

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50288-99，渠系水利用系數(shù)等于各級渠系水利用系數(shù)之乘積，在無實(shí)測資料時(shí)，可采用下列公式計(jì)算：

式中，η為渠系水利用系數(shù)；σ為渠系單位長度水量損失率，%·km；L為渠系長度，km。

式中，k為土壤透水系數(shù)，3.4；m為土壤透水指數(shù)，0.5[3]；渠系襯砌之后，渠系單位長度水量損失率σ可用下式修正：σ0=ε0σ，砼板防滲：ε0取 0.1。

根據(jù)上述公式，計(jì)算干、支、斗、農(nóng)四級渠系的渠系水利用系數(shù)，參照灌區(qū)的部分實(shí)測資料并考慮到的管理水平和蒸發(fā)損失，將渠系水利用系數(shù)作適當(dāng)調(diào)整，見表3。

表3 渠系水利用系數(shù)

5 結(jié)論

通過本工程除險(xiǎn)加固后的渠首，以灌溉為主，結(jié)合養(yǎng)殖、改善和保護(hù)生態(tài)環(huán)境為一體的水利工程。工程項(xiàng)目經(jīng)過兩年的運(yùn)行及凍融期，水流走向通暢，閘門開啟靈活，渠首改造工程通過竣工驗(yàn)收,工程質(zhì)量合格;當(dāng)?shù)卮迕穹从沉己?。產(chǎn)生很好的社會經(jīng)濟(jì)效益，國民經(jīng)濟(jì)評價(jià)是可行的。節(jié)余水量可用于灌區(qū)內(nèi)及周邊天然植被的灌溉，改善本灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境。該工程具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

[1]新疆農(nóng)七師水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.新疆奎屯河渠首工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].奎屯：新疆農(nóng)七師水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2012.

[2]SL 211-2006，水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民郵電出版社,2006.

[3]GB 50288-99，灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社,1999.