弧底梯形渠在夹马口引黄灌区中的应用

袁 凯

（运城市夹马口引黄管理局 山西运城044000）

1 概述

夹马口引黄泵站工程是山西省最早的一座大型电力提黄灌溉工程，工程于1958年动工兴建，1960年上水受益。枢纽工程位于临猗县东张镇黄河岸畔夹马口村，北距黄河龙门72.5 km，南至潼关约60 km，西与陕西东雷抽黄工程隔河相望。夹马口一级站设计流量24.5 m3/s，设计灌溉面积4.91×104hm。

夹马口一级干渠长38.272 km，原为梯形断面，预制混凝土板防渗，经过多年运行，防渗板损坏，勾缝脱落，淤积量大，跑水、渗水、漏水现象严重，从而加剧了混凝土防渗板的破坏和渠底、渠堤的沉陷。渠道过水时渠堤及渠基土长期处于浸水饱和状态，曾多次发生决口，危及下游村庄安全，严重影响了灌区灌溉效益的正常发挥。由于北扩工程的建设，一级干渠即要满足夹马口原灌区2.2×104hm 的灌溉用水，同时还要保证北扩泉杜二级站的输水任务；2007年到2009年间，夹马口灌区利用节水改造工程投资，用三年时间对夹马口一级干渠进行了节水改造，干渠全部采用了弧底梯形断面渠，经过10 多年来的运行，效果良好。

2 干渠采用的防渗断面

2.1 防渗断面的形式

夹马口一级干渠工程渠首设计流量为24.5 m3/s，渠道末端设计流量为1.85 m3/s；渠道纵坡绝大部分为1/4 000，糙率为0.015（混凝土防渗），边坡为1∶1.25～1∶1，采用的防渗断面形式为弧底梯形渠；由于该断面接近水力最佳断面，水力条件较好，流速分布比较均匀，挟沙能力强，可减少渠道淤积；且渠底有一定的反拱作用，可减轻渠道混凝土的冻胀破坏，减少渠道裂缝和位移；对工程使用寿命有保证。干渠防渗断面形式见图1。

2.2 防渗材料

夹马口一级干渠防渗材料采用10 cm 厚现浇C20混凝土，在混凝土底部铺设涤纶长丝复合土工膜（400 g/m2）。所采用的涤纶长丝复合土工膜主要有以下优点：

图1 夹马口一级干渠横断面图

1）防渗效果好，该种复合土工膜垂直渗透系数为2×10-11cm/s，其耐静水压力为p≧0.5 MPa。

2）强度高，该种复合土工膜延伸率低，抗拉、抗裂性能强。其断裂强力为F1≧5.0 kN/m，CBR 顶破强力≧1.1 kN。

3）该种复合土工膜对渠道的使用寿命有保证。由于膜料防渗层不透水，可减轻渠道混凝土的冻胀破坏，减少渠道裂缝，较其他防渗材料对工程使用寿命有保证。

2.3 伸缩缝止水材料

一级干渠伸缩缝的设置:横向伸缩缝，每隔4 m设一道；纵向伸缩缝设在弧底与两侧斜直段相交的地方，根据渠道长度进行设置，纵向伸缩缝的长度于渠道长度一致。

伸缩缝的止水材料主要采用聚乙烯闭孔板，在离临水侧2 cm 深度范围内采用1∶1∶4 沥青水泥砂浆封口。这种止水材料不仅施工方便，而且还可一次施工成型，不需二次凿缝，工程造价低，止水效果良好。

3 应用效果

夹马口干渠原为梯形预制板防渗，渠道设计流量12.5～1.1 m3/s，流速1.1～0.58 m/s，渠道口宽和渠深比为4.33～3.57；该渠道防渗效果和挟沙能力不佳，经过三十多年的运行，改造前渠道绝大部分破烂不堪、淤积严重，个别渠段已由混凝土渠沦为土渠，每年在上水结束后需要投入大量的人力、物力进行清淤，造成渠堤淤沙堆积严重；在2007年改造时，经实际测量，干渠渠道每米平均淤积量高达8 m3，而且清理出来的淤沙还无处堆放。改造时，渠道断面采用弧底梯形渠，改造后夹马口干渠渠道水力要素见表1。

表1 夹马口干渠改造后水力要素表

从表中可以看出，夹马口干渠设计流量为24.5～1.85 m3/s，纵坡大部分为1/4 000，边坡为1∶1.25～1∶1，渠深3.7～1.85 m，渠道宽深比为3.18～2.54，流速1.39～0.74 m/s，该流速比改造前提高了26%；根据黄委会水利科学研究院挟沙能力经验公式，经计算，渠首达到设计流量时，最大挟沙能力为25.59 kg/m3，渠首达到设计流量40%时，最小挟沙能力为14.71 kg/m3；从表2可以看出，除2003年夏浇平均含沙量大于最小挟沙能力外，其余年份挟沙能力均大于夹马口干渠渠首历年黄河水平均含沙量。

夹马口干渠自改造后运行十多年来，干渠总输水13.36 亿m3，平均年输水1.21 亿m3，渠道运行基本上为小流量淤沙，大流量冲沙，渠道达到了冲淤平衡，运行效果良好。

表2 夹马口干渠渠首历年黄河水平均含沙量表 单位：kg/m3

4 结论

综上所述，通过对夹马口干渠改造前后防渗断面形式、防渗材料和应用效果的比较，分析认为，优化灌区渠道防渗断面，提高渠道挟沙能力是解决引黄灌区渠道淤积的重要手段。在工程技术和运行管理方面，不仅延长了工程使用寿命，而且也极大减少了渠道清淤和维修费用。总之，在黄河小北干流引黄灌区干渠渠道改造中采用弧底梯形断面渠，技术可行，效果明显。建议在引黄灌区干渠工程建设中采用该技术以使其达到良好的运行效果。