兵團農(nóng)十師北屯節(jié)水灌溉區(qū)渠道防滲防凍脹技術(shù)應(yīng)用
1、灌區(qū)位置
新疆農(nóng)十師北屯灌區(qū)位于新疆阿勒泰地區(qū)福?？h境內(nèi)，東起農(nóng)十師雙渠鎮(zhèn)（187團），西臨布倫托海，南到烏里品包塔瑪依，北至額爾齊斯河南岸，地理坐標為北緯47°05′～47°27′，東經(jīng)87°31′～88°03′。灌區(qū)東西長42km，南北最大寬度30km，擁有行政區(qū)劃土地總面積115.65萬畝，其中可墾宜農(nóng)林地80.60萬畝，灌區(qū)設(shè)計灌溉面積78萬畝，總灌溉面積68.25萬畝，養(yǎng)殖水面4.16萬畝。
2、氣象水文
農(nóng)十師北屯氣象站是距北屯灌區(qū)最近的氣象站，現(xiàn)以農(nóng)十師北屯氣象站觀測資料說明該灌區(qū)的氣象特征：
①多年平均氣溫為3.90C，最熱月7月的平均氣溫為22.90C,最冷月1月的平均氣溫為-18.20C,歷年極端最高氣溫39.70C(1965年7月27日),極端最低氣溫-43.70C(1984年12月17日);
②多年平均降水量99.5mm,歷年最大、最小年降水量分別為178.8 mm(1984年)、50.1 mm（1974年）；
③多年平均蒸發(fā)量1868.6mm(ф=20cm蒸發(fā)皿), 年最大、最小年蒸發(fā)量分別為2249.2 mm(1974年)、1643.5 mm（1988年）；
④多年平均積雪厚5-10mm；最大凍土深度1.81m；水面最大結(jié)冰厚1.0m；
⑤多年平均日照時數(shù)2850小時；多年平均無霜期142天；
⑥多年平均風(fēng)速3.2m/s,以西北風(fēng)居多,最大風(fēng)速22.6m/s，主要災(zāi)害性氣候：大風(fēng)、干熱風(fēng)、低溫、凍害、冰雹。
北屯灌區(qū)的全部用水完全依賴額爾齊斯河，額爾齊斯河是中國唯一注入北冰洋的外流河，在我國境內(nèi)長為546km,流域面積5.7萬km2。北屯灌區(qū)地處額河中上游段，通過北屯灌區(qū)段長度是55km。灌區(qū)分布在額爾齊斯河二級階地上，根據(jù)調(diào)查，灌區(qū)地下水在灌溉季節(jié)埋深為0.50～1.00m，冬季地下水埋深1.5m左右。引起灌區(qū)淺水層水位變化的主要原因，是灌區(qū)內(nèi)部分渠道未做防滲處理，灌溉季節(jié)渠道入滲，造成大量灌溉用水補給地下水，受第三紀泥巖的頂托，地下水位迅速上升。
3、地質(zhì)地貌
北屯灌區(qū)位于額爾齊斯河南岸的二級階地上，地勢東高西低，南高北低，全局看是東南向西北傾斜，地面坡降1/200～1/700，海拔高程500.00～560.00m，大區(qū)平坦，小區(qū)起伏，墾區(qū)的大小洼坑星羅棋布，灌區(qū)土質(zhì)屬于額爾齊斯河沖積物，由于長期處于剝蝕過程中，西北風(fēng)不斷吹走表層松散物質(zhì)，造成地表組成物較粗，大多為礫質(zhì)砂壤、輕壤土，耕層淺，一般為25～45cm，以下為卵石、粗砂層，透水性強，保水、保肥能力差。
4、社會經(jīng)濟狀況
北屯灌區(qū)地處阿勒泰地區(qū)經(jīng)濟核心區(qū)中部，國道216線和省道318線交叉通過灌區(qū)，為阿勒泰地區(qū)交通樞紐，其自然地理位置具有一定優(yōu)勢，同時經(jīng)濟上也有一定的輻射力。
北屯灌區(qū)包括農(nóng)十師一八七團、一八八團二個團場及師部北屯鎮(zhèn)和地方切爾克齊鄉(xiāng)，總?cè)丝?.47萬人，其中農(nóng)業(yè)人口2.33萬人，占農(nóng)十師總?cè)丝诘?8.0%。
根據(jù)農(nóng)十師2009年統(tǒng)計提要，北屯灌區(qū)2009年實灌面積49萬畝，其中耕地42.11萬畝，林地6.89萬畝，有效灌溉面積40萬畝。2009年灌區(qū)糧食播種面積2.93萬畝，產(chǎn)量11406噸；經(jīng)濟作物面積29.37萬畝，其它作物面積7.7萬畝。農(nóng)十師北屯灌區(qū)2009年工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值14800萬元（當(dāng)年價），占全師的28.20%，在農(nóng)十師經(jīng)濟建設(shè)中占有重要地位，其經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿薮蟆?009年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為10674萬元（當(dāng)年價），占全師的28.74%。北屯灌區(qū)近幾年為適應(yīng)市場變化，逐年調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，增加經(jīng)濟作物的種植比例，同時結(jié)合灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造，使灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生明顯效益。
5、渠道防滲工程現(xiàn)狀
北屯灌區(qū)是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團最北部的大型灌區(qū)，對屯墾戍邊具有戰(zhàn)略作用，但灌區(qū)氣候、土壤等自然條件差，灌溉用水來源單一且不穩(wěn)定，這一切都要求要加強灌區(qū)水利設(shè)施的改擴建，進一步加大對北屯灌區(qū)水土資源開發(fā)的力度，發(fā)揮規(guī)模效益。
北屯灌區(qū)現(xiàn)已形成了以總干渠、干渠、支渠、斗渠為主，農(nóng)渠、毛渠為輔的六級渠道灌溉體系，目前灌區(qū)內(nèi)的總干渠、干渠（冬季運行的除外）多數(shù)已做了防滲改造，部分支渠、斗渠正在防滲改造中。由于灌區(qū)地處歐亞大陸腹地，冬季漫長而寒冷，渠系工程最主要的病害是凍脹破壞，為此，灌區(qū)在改造渠道時首先要考慮防凍脹問題。
2001年在水利部的大力支持下，大型灌區(qū)（北屯灌區(qū)）續(xù)建配套與節(jié)水改造項目工程正式啟動，北屯灌區(qū)的場外骨干渠道總干渠、二干渠、三干渠、南關(guān)水庫引水渠得以改建配套。續(xù)建配套工程項目多為舊渠改造工程，在原渠基上改擴建和鋪設(shè)渠道防滲體，防滲形式主要有四種，分別為塑膜單防（總干渠13+950-16+580段）、塑膜現(xiàn)澆混凝土襯砌雙防（總干渠16+580-28+007段）、預(yù)制混凝土板與塑膜雙層防（二干渠、南關(guān)水庫引水渠）、預(yù)制單防和雷達諾護墊護底（三干渠）。
二、灌區(qū)渠道防滲防凍脹技術(shù)措施應(yīng)用情況
決定凍脹程度的三要素――地下水存在的特征、基土含水量和土壤特性在北屯灌區(qū)的骨干渠道工程中都不同程度地存在。反映土壤結(jié)構(gòu)關(guān)系的土壤顆粒的組成、物理性能指標、水分特征，是促成北屯灌區(qū)渠道基土凍脹的內(nèi)因，長時間的持續(xù)低溫是促進灌區(qū)基土凍脹的外因，內(nèi)、外因的同時存在，必然產(chǎn)生渠道襯砌體凍脹破壞的現(xiàn)象。
造成渠床基土凍脹的三個基本因素是相互聯(lián)系的，缺少其中任一因素，則渠床基土土體都不會產(chǎn)生凍脹或凍脹變形，減少或削弱其中任一因素，也會達到減輕凍脹破壞的效果。
農(nóng)十師水管處為防止渠道襯砌體的凍脹，從三個基本因素土、水、溫著手，因地制宜，針對不同情況，采取合理的防凍脹措施，針對渠底部位出現(xiàn)的泥巖，將渠底預(yù)制砼板防滲型式改為柔性防護型式，即雷諾石籠護墊型式。(鍍鋅雙絞合低碳鋼絲網(wǎng)格雷諾護墊)；針對地下水位高影響施工進度和質(zhì)量的情況，則采取暗管棱體排水、排水溝、排水管、排水涵管等形式多樣的排水法；若遇渠段中有低液限粘質(zhì)土---凍脹土出露，解決的方法采取就地取材，把渠床凍結(jié)深度以內(nèi)的凍脹土壤更換為非凍脹土，如沙礫料；為了控制砼凍脹蔓延，降低砼渠道的凍脹維修成本，推廣應(yīng)用間隔梁，人為的分割成多個小單元塊，達到減輕凍脹破壞的效果。
采取防凍脹措施后渠道運行狀況明顯好于無防凍脹措施的渠道，由于防凍脹破壞措施的采用，保護了工程，凍脹量得到大幅度削減，減少了工程由于自然凍融而形成的破壞，保證了灌溉工程的正常運行，提高了灌溉效益。其效果主要表現(xiàn)在如下幾方面：
（1）凍脹破壞的程度明顯較輕，渠道破壞的面積較小，所需的工程維修費用少。
（2）防凍脹技術(shù)的采用，優(yōu)化了渠道的受力結(jié)構(gòu)，提高了渠道的抗凍、防滲能力，延長了工程的使用壽命，工程的使用壽命比較從前延長了2-3倍，節(jié)約重建費用1000-2000萬元。
（3）為確保工農(nóng)業(yè)全年的正常引、輸、供，水管處渠道工程的維修一般安排在春灌前和秋灌后，春灌前的維修多數(shù)是因凍脹所引起的破壞，這段時間較短，工程多數(shù)屬搶修，但采取抗凍脹技術(shù)的渠道，因為破壞程度輕，維修面積小，有效的節(jié)約了時間，確保了農(nóng)業(yè)灌溉的及時供水。
