弧底梯形渠在夾馬口引黃灌區(qū)中的應用

袁 凱

（運城市夾馬口引黃管理局 山西運城044000）

1 概述

夾馬口引黃泵站工程是山西省最早的一座大型電力提黃灌溉工程，工程于1958年動工興建，1960年上水受益。樞紐工程位于臨猗縣東張鎮(zhèn)黃河岸畔夾馬口村，北距黃河龍門72.5 km，南至潼關約60 km，西與陜西東雷抽黃工程隔河相望。夾馬口一級站設計流量24.5 m3/s，設計灌溉面積4.91×104hm。

夾馬口一級干渠長38.272 km，原為梯形斷面，預制混凝土板防滲，經過多年運行，防滲板損壞，勾縫脫落，淤積量大，跑水、滲水、漏水現(xiàn)象嚴重，從而加劇了混凝土防滲板的破壞和渠底、渠堤的沉陷。渠道過水時渠堤及渠基土長期處于浸水飽和狀態(tài)，曾多次發(fā)生決口，危及下游村莊安全，嚴重影響了灌區(qū)灌溉效益的正常發(fā)揮。由于北擴工程的建設，一級干渠即要滿足夾馬口原灌區(qū)2.2×104hm 的灌溉用水，同時還要保證北擴泉杜二級站的輸水任務；2007年到2009年間，夾馬口灌區(qū)利用節(jié)水改造工程投資，用三年時間對夾馬口一級干渠進行了節(jié)水改造，干渠全部采用了弧底梯形斷面渠，經過10 多年來的運行，效果良好。

2 干渠采用的防滲斷面

2.1 防滲斷面的形式

夾馬口一級干渠工程渠首設計流量為24.5 m3/s，渠道末端設計流量為1.85 m3/s；渠道縱坡絕大部分為1/4 000，糙率為0.015（混凝土防滲），邊坡為1∶1.25～1∶1，采用的防滲斷面形式為弧底梯形渠；由于該斷面接近水力最佳斷面，水力條件較好，流速分布比較均勻，挾沙能力強，可減少渠道淤積；且渠底有一定的反拱作用，可減輕渠道混凝土的凍脹破壞，減少渠道裂縫和位移；對工程使用壽命有保證。干渠防滲斷面形式見圖1。

2.2 防滲材料

夾馬口一級干渠防滲材料采用10 cm 厚現(xiàn)澆C20混凝土，在混凝土底部鋪設滌綸長絲復合土工膜（400 g/m2）。所采用的滌綸長絲復合土工膜主要有以下優(yōu)點：

圖1 夾馬口一級干渠橫斷面圖

1）防滲效果好，該種復合土工膜垂直滲透系數為2×10-11cm/s，其耐靜水壓力為p≧0.5 MPa。

2）強度高，該種復合土工膜延伸率低，抗拉、抗裂性能強。其斷裂強力為F1≧5.0 kN/m，CBR 頂破強力≧1.1 kN。

3）該種復合土工膜對渠道的使用壽命有保證。由于膜料防滲層不透水，可減輕渠道混凝土的凍脹破壞，減少渠道裂縫，較其他防滲材料對工程使用壽命有保證。

2.3 伸縮縫止水材料

一級干渠伸縮縫的設置:橫向伸縮縫，每隔4 m設一道；縱向伸縮縫設在弧底與兩側斜直段相交的地方，根據渠道長度進行設置，縱向伸縮縫的長度于渠道長度一致。

伸縮縫的止水材料主要采用聚乙烯閉孔板，在離臨水側2 cm 深度范圍內采用1∶1∶4 瀝青水泥砂漿封口。這種止水材料不僅施工方便，而且還可一次施工成型，不需二次鑿縫，工程造價低，止水效果良好。

3 應用效果

夾馬口干渠原為梯形預制板防滲，渠道設計流量12.5～1.1 m3/s，流速1.1～0.58 m/s，渠道口寬和渠深比為4.33～3.57；該渠道防滲效果和挾沙能力不佳，經過三十多年的運行，改造前渠道絕大部分破爛不堪、淤積嚴重，個別渠段已由混凝土渠淪為土渠，每年在上水結束后需要投入大量的人力、物力進行清淤，造成渠堤淤沙堆積嚴重；在2007年改造時，經實際測量，干渠渠道每米平均淤積量高達8 m3，而且清理出來的淤沙還無處堆放。改造時，渠道斷面采用弧底梯形渠，改造后夾馬口干渠渠道水力要素見表1。

表1 夾馬口干渠改造后水力要素表

從表中可以看出，夾馬口干渠設計流量為24.5～1.85 m3/s，縱坡大部分為1/4 000，邊坡為1∶1.25～1∶1，渠深3.7～1.85 m，渠道寬深比為3.18～2.54，流速1.39～0.74 m/s，該流速比改造前提高了26%；根據黃委會水利科學研究院挾沙能力經驗公式，經計算，渠首達到設計流量時，最大挾沙能力為25.59 kg/m3，渠首達到設計流量40%時，最小挾沙能力為14.71 kg/m3；從表2可以看出，除2003年夏澆平均含沙量大于最小挾沙能力外，其余年份挾沙能力均大于夾馬口干渠渠首歷年黃河水平均含沙量。

夾馬口干渠自改造后運行十多年來，干渠總輸水13.36 億m3，平均年輸水1.21 億m3，渠道運行基本上為小流量淤沙，大流量沖沙，渠道達到了沖淤平衡，運行效果良好。

表2 夾馬口干渠渠首歷年黃河水平均含沙量表 單位：kg/m3

4 結論

綜上所述，通過對夾馬口干渠改造前后防滲斷面形式、防滲材料和應用效果的比較，分析認為，優(yōu)化灌區(qū)渠道防滲斷面，提高渠道挾沙能力是解決引黃灌區(qū)渠道淤積的重要手段。在工程技術和運行管理方面，不僅延長了工程使用壽命，而且也極大減少了渠道清淤和維修費用?？傊?，在黃河小北干流引黃灌區(qū)干渠渠道改造中采用弧底梯形斷面渠，技術可行，效果明顯。建議在引黃灌區(qū)干渠工程建設中采用該技術以使其達到良好的運行效果。