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    察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程設(shè)計(jì)方案探討

    2021-03-29 02:15:08陳夫超
    地下水 2021年1期
    關(guān)鍵詞:察布查爾干渠河床

    陳夫超

    (新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 伊犁 835000)

    1 察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程建設(shè)必要性分析

    近年來(lái),新疆察布查爾縣灌區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)取得較為快速的發(fā)展,但從察布查爾縣灌區(qū)所處的地勢(shì)結(jié)構(gòu)來(lái)看,縣域內(nèi)存在著較大的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),從歷年降水分布特點(diǎn)和降水量來(lái)看,察布查爾縣多年平均降水量為383.4 mm,且降水主要集中在4-8月,此階段降水量占到全年降水總量的50%以上。再加上察布查爾縣境內(nèi)有60余條山洪沖溝流水,洪水在上游匯集,較容易泄入下游灌區(qū)之中,引發(fā)嚴(yán)重洪水災(zāi)害,尤其是在每年的4-8月,受降水量增多影響,也使得洪水災(zāi)害發(fā)生概率增大。因此,察布查爾縣灌區(qū)必須加強(qiáng)防洪工程建設(shè),將洪水有效引入到伊犁河之中,從而保障察布查爾縣灌區(qū)的安全,使區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)得到更好的發(fā)展。察布查爾縣北部為自流灌區(qū),凈灌面積107.99萬(wàn)畝;南部為揚(yáng)水灌區(qū),凈灌面積75.6萬(wàn)畝。在察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程的設(shè)計(jì)中,要綜合考慮灌區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)布置、既往排洪設(shè)施等,對(duì)灌區(qū)排洪渠工程進(jìn)行有效布置。在本次排洪渠工程建設(shè)方案布置中,主要在南岸干渠自流灌區(qū)規(guī)劃1~5#排洪渠,排洪渠全長(zhǎng)75.069 km,工程總占地5 002畝,其中1 008畝屬于對(duì)既往溝道的應(yīng)用,新增占地3 994畝。

    2 灌區(qū)排洪渠工程設(shè)計(jì)方案分析

    排洪渠設(shè)計(jì)施工是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程,在設(shè)計(jì)之前對(duì)察布查爾縣灌區(qū)排洪情況做詳細(xì)了解,從中發(fā)現(xiàn):該區(qū)域在完成南岸干渠施工建設(shè)之后,洪水顯得更為集中,自流灌區(qū)縱坡較大基本在1/30~1/80,下游大河灌區(qū)縱坡較緩1/500~1/2 000,上游攜帶大量的泥沙,基本淤積在南岸干渠下游5 km處。因此,在此次針對(duì)察布查爾縣灌區(qū)排洪渠工程的設(shè)計(jì)中,可將泥沙的淤積問(wèn)題作為重點(diǎn)考慮內(nèi)容。

    2.1 設(shè)計(jì)泥沙淤積處理方案

    上游洪水中含有的大量泥沙,如果直接將之引入到伊犁河,必然會(huì)對(duì)伊犁河的水生態(tài)環(huán)境造成影響。同時(shí)洪水中泥沙淤積在排洪渠道之中,也會(huì)對(duì)排洪渠的性能造成影響,因此在此次排洪渠工程設(shè)計(jì)中,主要將其聚集在南岸干渠自流灌區(qū),并對(duì)之采取有效的除淤措施。設(shè)計(jì)具體方案為:利用自然溝道沉砂,在現(xiàn)有的自然溝道兩側(cè)護(hù)堤,通過(guò)擴(kuò)大橫斷面,利用低洼地帶的天然地形修筑圍堤,降低流速,利用天然河床進(jìn)行沉砂,為使泥沙的淤積比較均勻,一般多采用棱形布置,洪水出南岸干渠涵洞口擴(kuò)散,將泥沙沉積在南岸干渠自流灌區(qū),這樣就不需要每年進(jìn)行清淤,減少各類(lèi)開(kāi)支。在上游種樹(shù)、種草等生物措施相結(jié)合等方式。再配套挖掘機(jī),鏟車(chē),用于每年泥沙淤積的清理以及沖刷斷面的修復(fù)。

    2.2 排洪渠流量設(shè)計(jì)

    在排洪渠防洪工程設(shè)計(jì)中,流量設(shè)計(jì)屬于十分重要的組成部分,需依據(jù)以往出現(xiàn)的洪水流量大小,計(jì)算每個(gè)排洪渠應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的泄洪流量,確保排洪渠的流量滿足引洪要求,從而形成對(duì)灌區(qū)作物、建筑的有效保護(hù)。此外,在實(shí)際設(shè)計(jì)中,還應(yīng)考慮到退水渠、排水渠以及沿程滲漏損失等因素的影響,確保排洪渠流量設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

    如:沿程滲漏損失,會(huì)使得洪水流量出現(xiàn)一定的降低,為此可依據(jù)依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50288—99)對(duì)排洪渠沿程滲漏損失流量展開(kāi)計(jì)算,計(jì)算公式如下所示:

    σ=K/Qm

    (1)

    式中:σ表示渠道單位長(zhǎng)度水量損失率(%/km);K表示的是土壤透水性系數(shù);m表示的是土壤透水性指數(shù);Q表示的是渠道凈設(shè)計(jì)流量(m3/s)

    以其中3#排洪溝作為研究對(duì)象,分別對(duì)其樁號(hào)0+000~5+000段(砂礫石基礎(chǔ))和5+000~12+634段(低液限粉土基礎(chǔ))的渠道單位長(zhǎng)度水量損失展開(kāi)計(jì)算,從表2計(jì)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)看,樁號(hào)0+000~5+000段和5+000~12+634段渠道每公里損失流量分別為0.15 m3和0.04 m3。由此可看出,洪水損失量相對(duì)較小,對(duì)整體造成的影響不大,因此在此次工程項(xiàng)目中針對(duì)排洪渠的流量展開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí),可不考慮這方面的影響,對(duì)排洪溝的流量不做分段衰減計(jì)算。

    表1 3#排洪溝流量損失計(jì)算

    2.3 明確河床的穩(wěn)定寬度

    在南岸干渠自流灌區(qū)自然河床和排洪渠相連接時(shí),在設(shè)計(jì)排洪渠的底部寬度時(shí),應(yīng)注意依照河床的穩(wěn)定寬度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)取值,同時(shí)對(duì)河床的穩(wěn)定寬度做出明確,這對(duì)于充分發(fā)揮排洪渠作用,對(duì)沿岸作物進(jìn)行保護(hù)有著較為積極的意義。值得注意的是,在進(jìn)行河道整治的過(guò)程中,不能讓河道穩(wěn)定寬度過(guò)窄,這較容易使水流量增大,形成對(duì)兩岸堤防的沖刷。穩(wěn)定河寬與造床流量及比降的關(guān)系為公式(2):

    B=AQ0.5/J0.2

    (2)

    公式中B表示的是穩(wěn)定河床寬度(m);Q表示的是造床流量;J表示的是河床比降,取該段河床平均比降;A表示的河流特性系數(shù),本工程取2.5。經(jīng)計(jì)算此次各渠道的穩(wěn)定河床寬度如表2所示:

    表2 各渠道的穩(wěn)定河床寬度計(jì)算表

    2.4 護(hù)砌段堤身橫斷面設(shè)計(jì)

    2.5 基礎(chǔ)抗凍脹設(shè)計(jì)

    察布查爾縣灌區(qū)的年平均氣溫為7.1℃,每年最低氣溫在-6.0℃以下,遭遇極端性天氣時(shí),最低氣溫可達(dá)到-28℃以下,區(qū)域內(nèi)冬季平均積雪深度約65 cm,最大凍土深度為1.08 m,較為惡劣天氣環(huán)境,使得此次針對(duì)排洪渠工程設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮到基礎(chǔ)的抗凍脹性能,避免凍脹損害排洪渠設(shè)施,使之難以發(fā)揮出相應(yīng)的性能。

    依據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,當(dāng)渠道防滲工程所處的環(huán)境滿足以下一些條件時(shí),應(yīng)對(duì)之進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗凍脹設(shè)計(jì):(1)土質(zhì)情況。如果渠道基礎(chǔ)工程土質(zhì)中含有較多粒徑<0.075 mm的土粒,其比重占到整體的10%以上;(2)凍深狀況。如果渠道基礎(chǔ)工程的標(biāo)準(zhǔn)凍深大于0.1 m;(3)含水情況。如果在發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象的初始化階段,其中含水量>0.9倍塑限含水量。在同時(shí)滿足上述三個(gè)條件的情況下,應(yīng)考慮渠道基礎(chǔ)工程做抗凍脹設(shè)計(jì)。

    結(jié)合本次工程地質(zhì)勘測(cè)條件進(jìn)行分析,其中堤防工程基礎(chǔ)部分處于河床礫卵石層,該土層屬于非凍脹性土層,因此可部隊(duì)之進(jìn)行抗凍脹設(shè)計(jì);而在基礎(chǔ)以上的護(hù)坡部位,地質(zhì)勘測(cè)土壤以粉土或含礫土層為主,具有較強(qiáng)的凍脹特性,再加上較容易受到水浸泡作用,土壤含水量相對(duì)較高,因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)之做專(zhuān)門(mén)的防凍脹設(shè)計(jì)。此外,考慮到本工程項(xiàng)目區(qū)已經(jīng)實(shí)施的工程,因此本工程砂礫石防凍墊層厚度均取0.45 m,墊層用砂礫料選用級(jí)配良好的天然料,要求粒徑在0.1~50 mm之間,小于0.075 mm的粘料含量不得超過(guò)總土重量的10%,砂礫料墊層需分層碾壓,壓實(shí)后砂礫石相對(duì)密度大于0.75。

    3 結(jié)語(yǔ)

    綜上所述,排洪渠工程設(shè)計(jì)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程,在對(duì)之進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中,應(yīng)綜合考慮各方面的影響因素,對(duì)排洪渠流量、河床的穩(wěn)定寬度、護(hù)砌段堤身橫斷面、基礎(chǔ)抗凍脹等展開(kāi)設(shè)計(jì),確保排洪渠工程的整體性能達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。

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