基于小型農田水利工程的灌渠設計

諶洪燁

(畢節市勘測設計研究院，貴州 畢節551700)

1 確定渠道引水量

渠道引水的總流量包括灌溉用水的凈用水量和在渠道內損失的流量［1］。引水量的計算要根據農作物的灌溉制度和要控制的灌溉面積，依照在同一時期內不同農作物同一時間用水量的多少進行計算。引水量計算公式為:

式中:Q 為引水量的總和;M 為灌溉的定額;N 為灌溉的面積;d 為灌溉的時間;t 為晝夜的總秒數;s 為渠道的有效利用系數。

一般來說，干渠的有效利用系數可以取0.5 ～0.7;作為支渠的可用0.6 ～0.8，如果渠道進行了襯砌，有效利用系數可以達到0.8 ～0.9。

2 渠道的設計方法

2.1 確定渠道水位高程

水位高程的確定，首先要選擇參考點，一般在溝渠設計中，以灌溉區域內的地面高度為基本的參考點，選定參考點以后，在根據沿途渠道的水流損失來確定水位的高程。沿途水量的損失，包括不同渠道更換的損失和渠道周圍建筑物的耗水損失。

2.2 設計渠道橫斷面

確定了渠道的引水量以后，可以進行渠道的斷面設計。渠道斷面設計的尺寸大小與其他因素都有一定關系。當流量一定的時候，與水流的流速和渠道底板比降有關，要根據不同地區的不同情況進行設計。

2.2.1 渠道流速及比降

渠道的流速和渠道內的土質、水流中的泥沙含量和渠面的坡度有關。如果渠道的比降較大，流速就較大，當通過的流水量是一定時，它所需要的斷面就較小，也就是說，渠道就較窄，這樣可以節省材料，但是這樣一來，流速太大，會造成渠底被沖刷;如果渠道的比降較小，流速就較小，那么一定的流水量通過就需要較大的橫斷面，也就是渠道的寬度就比較大，這樣的話不僅浪費材料，而且因水流較緩，必然會導致泥沙的沉積，時間較長便會導致渠道被堵塞，渠道的輸水困難，需要進行不斷的休整。

由以上分析可知，渠道比降過大或過小都會產生一定的問題。因此，在設計渠面的比降時，應嚴格依照相關規程規范，使渠內水流在允許不沖不淤控制流速以內，使渠道的坡度適應渠線所經過的地面的坡度，這樣的話，可以使水流比較舒緩，但也不至于沉積淤泥，在渠道的比降不能適應的地方，可進行填土或是挖土，使之能夠順利通過。

2.2.2 渠道的頂寬

渠道的頂寬選擇應當依照渠道高度的大小和流水量的大小來進行確定。如果渠道斷面大，過水流量大，水壓力大，在此情況下，應對渠道側墻進行穩定計算，使渠道完建后能安全運行;另外，渠道側墻底寬設計，還應考慮到渠道運行中檢修方便，即渠道頂寬應滿足檢修人員過往要求;最后，針對處于公路邊緣的部分，由于車輛自身重量大，加上車輛過往時具有較大動荷載，路緣在較大外力作用下會產生垮塌，使渠道側墻倒塌，嚴重影響渠道運行，嚴重時造成渠內水滿過渠道，對農作物進行沖刷，造成農業經濟損失。故對于處于公路邊緣的渠道側墻頂寬，應考慮側墻同時也起到路緣擋土墻作用，一般渠道側墻頂寬≥1.5 m，對于不處于道路邊緣的，可以根據不同的情況進行合理的設計。

2.2.3 渠道超高

為了保證渠道能安全運行，在進行渠道高度設計時，要使渠道側墻高過最大的流水量的一定高度。對于渠道超高取值，可根據渠道級別和該地區最大的流水量的多少按照相關規范取值。針對渠道運行情況，一般均在距進水口不遠處或適當位置，在渠道正常水位高度設置溢流缺口，使得多余的水量由溢流缺口溢入下游河道或渠內，確定渠道安全。對于有引水管道取水的渠道，引水管一般主要接于渠道中部或尾部，此情況下，引水管的啟閉閘閥主要布置于引水管尾部，當關閉閘閥時，管內水量出現反沖涌波，使得渠內水位升高，若渠道超高不夠，就會出現水滿渠堤，危及渠道安全，這種渠道超高，應按照規劃選定超高后，還得加上涌波的波高，最終才能確定渠道超高。

2.2.4 渠道邊緣的坡度

渠道斷面設計在滿足引水同時，也要求渠堤滿足穩定，還要使工程經濟指標較低，故很多渠道常采用梯形結構。對于渠道經過巖石地面情況，渠道的坡面不宜設置成梯形結構，因為石基結構的渠堤均滿足穩定要求，若開采成梯形結構造成工程量增大而使工程造價高。

2.3 渠床的粗糙率

渠床的粗糙率和該處的土壤條件，地質條件，施工的質量以及日常的養護工作都有關系，除此之外，與通過渠道的流水量和流水的泥沙含量都有一定的關系。不同形式的渠床的粗糙率也不相同。對于未經過襯砌的，國家根據不同地區有不同的要求，這里只說襯砌的，對于襯砌的渠床，其粗糙率一般選為0.017。

2.4 渠道的比降計算方法

要確定渠道的比降，有一定的方法來進行。一般的情況下，作為干渠，可以使用下面的公式來進行計算，可以取得近似的理論值。

式中:p 為水流的挾沙能力;w 為泥沙的沉降速度;Qh 為渠道流量;n 為粗糙率。

由于比降的大小直接決定了水流速度的大小，也就是說所建渠道的合格程度，因此，比降的計算有著重要的意義。

2.5 縱斷面設計

在進行渠道橫斷面設計的同時，也要進行縱斷面的設計。渠道的縱斷面設計一般包括以下7個部分:①正常的水位線;②最低的水位線;③高程線;④地面高程線;⑤堤頂高程線;⑥分水口位;⑦建筑物。

具體步驟為:①根據渠道平面圖不同位置的不同高程，在縱面圖上畫出高程線。然后在根據水源的位置和上級渠道的所有水位的高程、地面的坡降、不同的分水點的不同要求，按照不同的比降，畫出正常的水位線。②再畫出渠底高程線，然后在根據不同的水深情況畫出最低水位線，再畫出加大水位線，還有堤頂高程線。在和下一段渠道的相連處，要注意根據不同的高差進行跌水和陡坡。如果上一級的渠道向旁側分水，不但要保證在正常的水流情況下可以下級配水，而且還要做到在最小水量的時候，也可以向下級引水，因此，要在渠道間修筑節制閘。③還要估算水流通過建筑物時的水流損失。

3 總 結

在農業灌溉上，合理的水利設計是非常有利的。渠道灌溉是現在小型農田水利灌溉的先進方式，應不斷發展的灌溉方式。在此方面，渠道的設計是最基本也是最重要的方面。因此，必須使用科學的方法，進行合理的設計，才能夠達到很好的灌溉效果。渠道的斷面設計是渠道設計中最重要的部分。本文所做的這些分析，希望能夠對廣大農民有所幫助，對渠道的設計進行進一步的改良。

［1］沈合軍. 水利工程的建設與管理探究［J］. 科技資訊，2011(20):180.