澇河灌區(qū)干渠修復(fù)工程相關(guān)水力計(jì)算

□林興貴（臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院）

1 工程概況

1.1 自然條件

澇河灌區(qū)位于臨汾盆地汾河以東、曲亭河與洰河之間，其東西長15km，南北寬8km，為三級(jí)階地和黃土洪積臺(tái)地，地形東高西低，地面高程460～650m，地面坡度1/40～1/250。灌區(qū)地表屬于新生界第四紀(jì)沉積物，表層為中更新統(tǒng)Q2 輕亞粘壤土，地下水屬弱富水區(qū)，主要以降水補(bǔ)給。

1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況

澇河灌區(qū)涉及堯都區(qū)大陽鎮(zhèn)、段店鄉(xiāng)、喬李鎮(zhèn)3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)46個(gè)村。總?cè)丝? 萬人，其中農(nóng)業(yè)人口6 萬人，耕地面積0.62 萬hm2，人均收入2673 元。

灌區(qū)內(nèi)土地比較平坦，氣候適宜，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，作物種植以冬小麥為主，其次為果樹、玉米、棉花、豆類、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物。

灌區(qū)內(nèi)公路縱橫、交通便利，南有臨浮公路通過，北有臨汾—喬李—曲亭公路，西為霍侯一級(jí)公路和南同蒲鐵路。灌區(qū)內(nèi)水、電、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施完善。

1.3 工程現(xiàn)狀和存在的問題

灌區(qū)水源為澇河水庫，灌區(qū)主要有總干渠、北干渠、南干渠3 條輸水渠道。設(shè)計(jì)灌溉面積0.49 萬hm2，其中：總干渠灌溉面積460hm2，南干渠灌溉面積1147hm2，北干渠灌溉面積2760hm2，水庫提灌面積540hm2。北干渠總長8.88km，設(shè)計(jì)流量1.64m3/s，加大流量1.90m3/s。北干渠下設(shè)支渠6 條，其中一支渠為萬畝支渠。北干渠為東西向與南北向交叉，渠道斷面為漿砌石、混凝土預(yù)制塊梯形渠或混凝土梯弧形渠，主要建筑物有喬李倒虹吸。由于新建臨汾喬李民航機(jī)場，北干渠樁號(hào)7+086 以后的渠道被占用，嚴(yán)重影響到下游580hm2耕地的灌溉。

1.4 工程建設(shè)的必要性

澇河灌區(qū)是堯都區(qū)的主要糧棉區(qū)，由于臨汾市（喬李）民航機(jī)場建設(shè)征地，致使北干渠渠道中斷，樁號(hào)7+086 以后渠道被占用，影響了下游約580hm2耕地的正常灌溉，使灌區(qū)效益不能充分發(fā)揮。為了滿足灌區(qū)內(nèi)農(nóng)田灌溉需求，對(duì)北干渠7+086 以后渠段進(jìn)行修復(fù)和改造是十分必要的。

1.5 工程任務(wù)

本次澇河灌區(qū)干渠修復(fù)工程，涉及范圍為北干渠，北干渠改線后需改建渠道長2.78km，設(shè)計(jì)流量0.67～0.52m3/s，灌溉面積約580hm2，設(shè)計(jì)渠底寬1.00m，高1.00m，為漿砌石內(nèi)襯混凝土矩形斷面。

1.6 澇河水庫水量平衡

澇河灌區(qū)唯一的水源為澇河水庫，引沁入汾和川取水工程興建時(shí)對(duì)澇河水庫進(jìn)行興利調(diào)節(jié)，澇河灌區(qū)灌溉面積采用此計(jì)算成果。

澇河水庫入庫水量由本流域來水和引沁入汾工程調(diào)水兩部組成，入庫水量保證率50%。澇河水庫流域年均入庫水量為1730 萬m3，引沁入汾工程年均調(diào)入澇河水庫凈水量為1349 萬m3，年均入庫總水量為3079 萬m3。

1.6.1 灌溉制度

澇河灌區(qū)灌溉制度采用臨汾市水利勘測設(shè)計(jì)院編制的《臨汾市引沁入汾和川取水輸水工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》計(jì)算成果，保證率P=50%年灌溉127d，綜合凈灌溉定額2947.50m3/hm2，萬畝凈灌水率為每萬畝6.60 ×10-2～3.13 ×10-1m3/s。具體見表1。

1.6.2 水量平衡成果

《臨汾市引沁入汾和川取水輸水工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》水量平衡計(jì)算時(shí)，澇河灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)取0.60，工業(yè)供水保證率為95%，農(nóng)業(yè)灌溉保證率為50%，調(diào)節(jié)成果為工業(yè)供水量568 萬m3，農(nóng)業(yè)灌溉用水量1818 萬m3，灌溉面積0.45 萬hm2。目前工業(yè)供水量約為350 萬m3，余水補(bǔ)充農(nóng)業(yè)，灌區(qū)灌溉面積仍按0.49 萬hm2配套工程。根據(jù)徑流調(diào)節(jié)，得出澇河水庫徑流調(diào)節(jié)成果見表2。

表1 澇洰河灌區(qū)灌溉制度表（P=50%）（1980年典型）

表2 澇河水庫徑流調(diào)節(jié)成果表

1.7 北干渠設(shè)計(jì)流量

北干渠灌溉面積2760hm2，設(shè)計(jì)流量為1.64m3/s，加大流量1.90m3/s，萬畝灌水率在表1范圍內(nèi)，維持原渠道設(shè)計(jì)流量。本次修復(fù)段工程為北干渠樁號(hào)7+086 以后渠段，灌溉面積現(xiàn)狀為540hm2，而韓村提灌站報(bào)廢后約153hm2耕地需北干渠5 支渠灌溉，但飛機(jī)場占地約113hm2，渠道修復(fù)改建完成后實(shí)際灌溉面積為580hm2，因此本次渠道設(shè)計(jì)仍維持原灌溉流量7+086～9+462 為0.67m3/s，9+462 以后為0.52m3/s。

2 渠道相關(guān)水力計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

北干渠設(shè)計(jì)流量1.64m3/s，加大流量1.90m3/s，根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，渠道工程級(jí)別為5 級(jí)，建筑物級(jí)別為5 級(jí)。

2.2 渠道改建設(shè)計(jì)

澇河灌區(qū)北干渠修復(fù)工程涉及范圍為北干渠，北干渠原長8.88km，修復(fù)工程完成后長9.87km，北干渠改線后需改建渠道長2.78km，此段設(shè)計(jì)流量分別為0.67m3/s 和0.52m3/s，設(shè)計(jì)渠底寬1.00m，深1.00m，為漿砌石內(nèi)襯混凝土矩形斷面。

2.2.1 渠道水面線計(jì)算

新建渠道縱坡基本沿現(xiàn)狀地形線布置，新建渠道均為混凝土襯砌，糙率取0.17×10-1，按明渠均勻流計(jì)算各段渠道的水深、流速，計(jì)算公式為：

式中：Q—流量；A—過水面積；X—濕周；b—渠底寬度；h—斷面水深；v—流速；C—謝才系數(shù)；R—水力半徑；i—渠道底坡；n—渠道糙率，混凝土取0.17×10-1。

2.2.2 渠道襯砌形式確定

澇河灌區(qū)北干渠修復(fù)工程涉及范圍為北干渠改造，渠道流量較小，為節(jié)省投資及方便施工，采用砌石上澆混凝土矩形渠。砌石上澆混凝土矩形渠抗凍抗?jié)B性能較好，汾西灌區(qū)龍祠紅衛(wèi)渠為此襯砌型式，2000年建成至今，運(yùn)行良好。

2.2.3 倒虹吸管道設(shè)計(jì)

倒虹吸位于北干渠樁號(hào)9+356～9+442 處，為北干渠穿過機(jī)場大道段。倒虹吸管道管材采用單位投資相對(duì)少、糙率小，剛度相對(duì)較大、便于施工的玻璃鋼夾砂管，根據(jù)管路允許的水頭損失確定管徑，倒虹吸管內(nèi)水流為壓力流，過水能力按《灌區(qū)水工建筑物系列叢書》中壓力管道公式計(jì)算：

式中：Q—過水流量（m3/s）；ω—過水?dāng)嗝妫╩2）；z—進(jìn)出口水位差，即總水頭損失（m）；μ—流量系數(shù)；ζf—沿程阻力系數(shù)；Σζj—局部阻力系數(shù)之和；L—管道全長（m）；DB—圓管內(nèi)直徑（m）；hf—沿程水頭損失（m）；hj—局部水頭損失；υ—管內(nèi)平均流速（m/s）；g—重力加速度（m/s2）。

計(jì)算結(jié)果為：倒虹吸管徑采用Φ800，工作壓力為0.40MPa。

3 結(jié)語

綜上所述，該工程的有利影響占主導(dǎo)地位，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益是顯著的、長期的，不利影響處于次要地位，且許多不利影響在工程施工結(jié)束后會(huì)逐漸消失。從環(huán)境的影響方面考慮，工程是可行的，從經(jīng)濟(jì)的方面考慮，工程是合理的。