1 工程概况
博格达尔干渠属于新疆博河上游灌区，位于新疆温泉县上游 20km 处，全长 13km,干渠任务主要是为附近农场灌溉。
干渠修建于 1960 年，修建时未进行任何防渗，至今为止仍然以土渠方式引水。经多年运行，断面变形严重，渠底不断加宽，多处已无渠形，每年灌溉时四处漫溢，渗漏严重。渠系利用系数极低，目前干渠水利用系数仅为 0.83,干渠原设计流量为2.0m³/s,现状实际引水 能力为 1.6m³/s. 原设计灌溉面积2510.67hm²（3.766 万亩），现状实际控制灌溉面积为 1 200hm²（1.8 万亩）。为了缓解灌区缺水紧张的问题，工程拟对博格达尔干渠的设计改造长度取为 4.0km（桩号 0+000~4+000），主要包括干渠 0+000~4+000 段的防渗改造、渠道配套建筑物以及渠道堤顶的更新改造工程。
2 干渠存在问题分析
2.1 渗漏问题
通过对改造渠道沿线揭露地岩性分析，博格达尔干渠沿线土质渗透系数为 17.72m/d,为强透水层，渠道沿线地下水位埋深较深，导致渠水大量渗漏。
2.2 渠线边坡不达标
渠道沿线地层岩性分别有卵石、圆砾、粉砂、粉土，根据现场休止角试验，卵石、圆砾的天然休止角在 34~36°，结合当地渠道运行经验，渠道边坡系数不小于 1:1.5,而现状的渠线边坡不符合要求。
2.3 渠道冻胀
博格达尔干渠区域地质为全新统冲积物（Q4al）：分布于博尔塔拉河现代河床及河漫滩上，根据探井揭露深度 4.0m 内的地层资料，上部为粉土层，下部为卵石层，顺河道分布，为全新统河流相冲积沉积物（Q4al+pl），干渠沿渠线地形为较平坦，岩性为含土砾石，加粉土层，粉土层厚度在 0.5~3.4m,<0.075mm的土粒质量大于总质量的 10.0%以上，属于冻胀土，需要采取抗冻胀措施。
2.4 干渠配套建筑物问题
干渠现有附属建筑物配套不全，渠系建筑物存在破损老化严重问题。（1）分水闸老化损坏严重，现有分水口布局不合理、不配套，影响了渠道正常分水。灌溉用水时，群众乱开口子，用水无法有效控制，致使本来可以受益的大片耕地得不到灌溉。（2）临时性木制桥较多，影响了渠道灌溉分水和沿线交通。
3 博格达尔干渠节水改造设计
3.1 干渠设计流量的确定
此次对干渠 0+000~4+000 段进行改造，干渠 4+000~13+000 段，2006、2007 年已改造完成，根据干渠各分水口的控制面积、分水流量及继灌方式，沿线 7 处有分水闸，分水流量在 0.04~0.25m³/s 之间。根据干渠下游段的用水要求以及项目建成后每 666.67hm²（1 万亩）的设计灌水率 q=0.319 m³/s、灌溉面积 2510.67hm²（3.766 万亩）和灌溉水利用系数，确定 Q设计= 2.0 m³/s.加大流量取 2.4 m³/s,可满足灌区灌溉要求[1].
3.2 干渠纵横断面设计
博格达尔干渠现状纵坡为 3‰~13.0‰，根据灌区地形及渠线的布置特性，本次渠道断面形式采用梯形，渠段各断面尺寸如表 1.博格达尔干渠在满足抗冲和防渗的要求下，为减少工程投资，保证质量和工程进度采用现浇混凝土板衬砌。混凝土规格为 C20/W6/F200,渠道 0+000~0+150、2+400~3+700渠底和边坡厚 8cm,0+150~2+400、3+700~4+000 渠底和边坡厚 10cm.渠道现浇混凝土每隔 3m 分横缝，渠底与边坡、边坡与压顶分纵缝，缝宽 2cm,分缝材料用 SBS 填缝[2].
3.3 渠道参数的确定
干渠采用 C20 现浇混凝土板衬砌，渠道糙率系数 n 取0.017.根据规定当渠道设计水深在 1~2m 时，填方渠道的最小内边坡系数为 1.50,最小外边坡系数为 1.25;挖方渠道的最小边坡系数为 1.50.此次改造设计内边坡为 1.5,外边坡为 1.
4 渠道抗冻胀设计
根据项目区气象站资料，本工程区最冷月（1 月）的多年平均气温为-16.6℃，属于寒冷地区气候；当地历年最大冻深为 1.6m,抗冻等级 F200.根据现场实测地质情况博格达尔干渠桩号 0+000~4+000 段，全新统冲积物（Q4al）。干渠沿渠线地形为较平坦，岩性为含土砾石，加粉土层（厚度在 0.5~3.4m），基础允许承载力为 140kPa,小于 0.075mm 的颗粒含量大于10%,属冻胀土。
4.1 冻胀计算
1）设计冻深计算
式中，Zd为渠系工程设计冻深，cm;Zm为历年最大冻深，cm;ψw为地下水位影响系数；ψd为考虑日照及遮阴程度的修正系数，ψd=a+（1-α）ψi（ψi为典型断面某部位的日照及遮荫程度修正系数；α 为系数）。
2）地下水影响系数计算
4.2 渠道抗冻胀方案设计
上述计算可知渠基土冻胀级别为Ⅲ级，因此，采用非冻胀性土置换渠床原状土防止冻胀破坏。采取戈壁换土法，提高渠道抗冻能力[3].换填戈壁垫层厚度按下式计算确定：
式中，Ze为置换深度，cm;ε 为置换比，%;Zd为置换部位的设计冻深，cm;δ0为衬砌板厚度，cm.
带入数据计算得到渠道置换部位的置换深度见表 3.
参考附近已建工程的设计经验，并根据上述的分析结果可知：干渠改建段渠道地下水位为 3~5m,如考虑今后改造方案实施之后，区域排水系统会进一步得到完善，因此，项目区地下水位势必有所下降，即其冻胀置换深度计算值将比上述计算减小，现换填深度取值为 60cm,建筑物底部换填深度取60cm.
5 渠道建筑物改造内容
1）在本次改造中对引水闸和排砂闸进行拆除重建，为保证引水、干渠安全运行以及管理方便，修建宽度为 8m 的溢流坝。
2）据现场调查，博格达尔干渠上的 2 座临时性木制桥，影响了渠道沿线交通，考虑到干渠沿线农道、牧道以及村庄的交通需要，本次改造中博格达尔干渠修建 2 座农用桥。建设农用桥位于桩号 0+250 和 1+375 处，桥墩尺寸为 0.9m×0.6m（墩高×底宽），桥面尺寸为 3.8m×3.4m（板长×板宽）。
3）为控制用水与保障灌溉效率，在本次改造中对 7 座分水闸进行重新布局修建，7 座分水闸分别安设在桩号 0+50、0+100、1+192、1+781、1+940、2+830 以及 2+250 几处关键位置。
4）干渠一侧设 4m 宽的堤顶，另一侧设 2m 宽的堤顶。
6 结语
本灌区具备持续发展的潜力，搞好灌区的除险加固和续建配套，对保障灌区设计效益与区域经济发展具有重要意义。通过本次节水改造工程的实施，干渠水利要素得到明显改善，提高了干渠水利用系数，并且多年的运行中并未出现大的泄漏情况，保障了水资源的利用、区域的安全与灌溉效益。
【参考文献】
【1】薛塞光。寒冷区大型灌区干渠节水改造及衬砌关键技术应用[C]//中国水利技术信息中心，2011.
【2】张国军。沙坡头灌区节水改造工程研究[D].西安：西安理工大学，2003.
【3】王伟。景电灌区渠道防冻胀技术在节水改造工程中的应用研究[D].兰州：兰州大学，2013.
【4】杨清先，杨雁玲，徐岩，黄文红。新疆玛纳斯河引水总干渠的改造设计与施工要点[J].黑龙江水利科技，2007（4）：27-28.
