農(nóng)田水利中斗渠設(shè)計(jì)流量與橫斷面形式確定分析

周富強(qiáng)

（新疆新淼建設(shè)工程有限公司，新疆 伊寧 835000）

農(nóng)田水利中斗渠設(shè)計(jì)流量與橫斷面形式確定分析

周富強(qiáng)

（新疆新淼建設(shè)工程有限公司，新疆 伊寧 835000）

以實(shí)際工程為例，對(duì)農(nóng)田水利建設(shè)中斗渠設(shè)計(jì)流量和橫斷面形式的選擇進(jìn)行了分析。為斗渠工程的設(shè)計(jì)提供參考。

農(nóng)田水利建設(shè)；斗渠設(shè)計(jì)流量；橫斷面形式

1 案例介紹

我國(guó)農(nóng)田水利建設(shè)快速發(fā)展，對(duì)斗渠工程的建設(shè)要求也越來也高。在對(duì)斗渠進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)設(shè)計(jì)流量和橫斷面的基本類型進(jìn)行確定。某水利工程的總灌溉面積為123.4萬畝，一共由5個(gè)灌溉系統(tǒng)組成，其中抽水泵站有36個(gè)，一共安裝了165萬臺(tái)抽水機(jī)，裝機(jī)總?cè)萘繛?1.56萬kW。工程主要由支渠、干渠構(gòu)成，渠道的斷面形式為U型混凝土襯砌。其中斗渠共有501條，總長(zhǎng)度為792.2km。隨著地貌特征的不斷變化，之前修建的斗渠已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)斗渠重新進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。

2 渠道規(guī)劃設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)

2.1 需要考慮多級(jí)抽水灌區(qū)斗渠之間的間隔距離

該工程建設(shè)中斗渠之間的距離為550～4500m，平均距離為2000m，根據(jù)渠道運(yùn)行的基本情況進(jìn)行分析，渠道之間的距離越小，流量的設(shè)計(jì)值也就越低，不利于泵站之間的配合，對(duì)泵站運(yùn)行效率也有一定的影響。

2.2 邊坡方面存在的問題

該工程支渠挖方段的邊坡比為4∶1，但是由于土層中含有砂卵石層、粉砂層，對(duì)邊坡的穩(wěn)定有一定的影響，因此要將邊坡的坡度進(jìn)一步放緩［1］。外坡比設(shè)計(jì)為1∶1.25，提高了填方斷面的密實(shí)度。襯砌施工 1年后，在填方段出現(xiàn)了少量的裂縫，分析后認(rèn)為是由于填方外部出現(xiàn)沉降導(dǎo)致的。為了提高填方和渠道的安全性，需要將施工中填方外邊坡比設(shè)計(jì)為1∶1.5。

3 流量設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 斗渠設(shè)計(jì)計(jì)算

在水利工程中，農(nóng)作物的灌溉比例、灌溉制度、灌溉面積、渠道水的使用系數(shù)都會(huì)對(duì)渠道設(shè)計(jì)流量造成影響。該地區(qū)的農(nóng)作物的種植比例如表1所示。灌水的延續(xù)時(shí)間見表2。

表1 農(nóng)作物的種植比例

表2 作物灌水延續(xù)時(shí)間

使用以下公式來計(jì)算灌溉率:

式中:Qi為灌水率（單位為 m3/s.667hm2）；αi為第 i種作物種植比例；第i中作物灌水定額為mi（m3/667m2），單位為（m3/s.667hm2）；第i種作物灌水延續(xù)時(shí)間為 Ti，單位為d。經(jīng)計(jì)算，該灌溉渠道的灌水率為0.512，在設(shè)計(jì)流量時(shí)，按照設(shè)計(jì)流量的 1.5倍來確定。

3.2 支渠流量計(jì)算

支渠流量指的是所有工作斗渠毛流量的和:

式中，所有支渠上同時(shí)工作斗渠的數(shù)量為 n，支渠渠道對(duì)水的利用系數(shù)為0.95。那么支渠毛流量的使用如下公式進(jìn)行計(jì)算:

由于支取上各個(gè)輪罐組的情況不一致。經(jīng)計(jì)算，支渠K4+890～K6+575按照1.17m3/s來設(shè)計(jì)流量，加大流量為1.52m3/s。K1+100～K4+8000段的設(shè)計(jì)流量為1.59m3/s，加大流量為2.06m3/s。

4 渠道斷面形式的確定

4.1 斷面形式的選擇

該工程所有斗渠的斷面形式均為“U”型，斷面示意圖如圖1所示。斗渠的上部呈稍向外傾斜的直線，下部呈現(xiàn)為半圓性。直線段下切半圓。對(duì)于比較大的U型渠道一般使用淺且寬的斷面，設(shè)計(jì)深寬比為 0.66～0.76，而對(duì)于比較小的 U型渠道斷面，一般建議使用深且窄的斷面，設(shè)計(jì)深寬比為1.0。斷面的設(shè)計(jì)流量為2.6～0.1m3/s，設(shè)計(jì)的渠道寬度為0.55～2.56m，設(shè)計(jì)斗渠的渠道比降為1/100～1/1000，外傾角為8.6°～12°。

使用這種渠道斷面形式，主要具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。

圖1 U型斷面示意圖

（1）具有良好的水利條件。U型斷面和水力的最佳斷面比較接近，相較于其它的斷面類型，U型斷面的水流的流動(dòng)速度更快、濕周小，對(duì)沙和水的運(yùn)送能力更好，一般泥沙不會(huì)在渠道中淤積，并且可以降低灌溉周期。

（2）水的損失率低。相較于梯形渠道來說，大約1km輸水流量損失將會(huì)降低1%～3%，而且U型渠道斷面水流的速度比較快、不易出現(xiàn)裂縫，具有良好的防滲效果［2］。此外，由于U型渠道斷面比較窄，水面暴露的面積較少，水資源蒸發(fā)量少。

（3）具有良好的力學(xué)性能。由于U型渠道底部類型為反拱，襯砌的斷面和懸鏈線比較接近，并且土體的側(cè)向壓力低，側(cè)向土體具有良好的穩(wěn)定性。可以有效防止地基被凍脹破壞，具有良好的穩(wěn)定性和抗滑性，渠道具有更好的耐久性。

4.2 斗渠的布置類型

該渠道一共修建了5個(gè)灌溉系統(tǒng)，并分別順著干渠分別在南部進(jìn)行抽水，各個(gè)泵站之間設(shè)置支渠來進(jìn)行連接。布置斗渠時(shí)，要和等高線垂直的方向進(jìn)行布置。在布置渠道線路時(shí)，要考慮渠道和道路之間的關(guān)系，保證渠道設(shè)計(jì)的合理性。在規(guī)劃斗渠時(shí)，要按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，保證渠道的順直。

4.3 布置渠道系統(tǒng)

在布置抽水灌溉區(qū)的系統(tǒng)時(shí)，首先要做好泵站的規(guī)劃工作，將輸水支渠之間的距離控制在3.0km。布置時(shí)要順著等高線進(jìn)行布置，充分對(duì)水頭、已有的田間配套設(shè)備等進(jìn)行利用［3］。此外，在規(guī)劃渠道線路時(shí)，要根據(jù)地形地貌情況來進(jìn)行規(guī)劃，確保道路和渠道可以緊密結(jié)合。

4.4 確定渠道的灌溉面積

布置好渠道系統(tǒng)后，要確定渠道的灌溉面積。在進(jìn)行確定時(shí)，首先要根據(jù)地形情況以及土地的利用率來對(duì)灌溉面積進(jìn)行確定。此灌區(qū)主要有坡地和平原土地兩種類型。其中坡地根據(jù)坡度情況按0.55～0.6進(jìn)行取值。而對(duì)于平原土體根據(jù)該工程的實(shí)際情況利用系數(shù)值為0.87。將灌溉綜合土地的使用系數(shù)確定為0.815。

5 斗渠設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

5.1 需要考慮渠道的比降

工程的支架主要按照和等高線平行的的方法進(jìn)行布置，渠道的比降為1/1450，工程的分干系統(tǒng)東部高、西部低，為了降低地塊和支架之間的傾斜度，要求東部支渠電能比降更大。根據(jù)原來的設(shè)計(jì)來對(duì)支渠將那些布置。每間隔0.5km布置跌水，渠道的總建設(shè)量大。該工程一共有8個(gè)跌水，跌差總量為34.3m。在對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行重新審查后，改進(jìn)了設(shè)計(jì)，對(duì)地形進(jìn)行了充分使用。大多數(shù)的渠道的大比降設(shè)計(jì)為1/100～1/500，渠道所占的地面面積比較小，襯砌混凝土和土方工程的施工量比較小，而渠道工程對(duì)水的運(yùn)輸能力可以提升 5倍左右，在改進(jìn)渠道功能后，不僅對(duì)灌溉效果進(jìn)行了保留，并且還具備了一定的排水效果，提高了渠道的安全性。

5.2 上級(jí)渠道、下級(jí)渠道和支渠的高程

在該工程設(shè)計(jì)建設(shè)中，使用無閘進(jìn)行引水，分干渠要比支渠引水口底部高程低，大約相差0～52cm。當(dāng)運(yùn)行過程中，水流量比較小時(shí)，由于渠道底部被抬高，導(dǎo)致水無法進(jìn)入到支渠中［4］。對(duì)于抽水灌區(qū)來說，為了使灌區(qū)的灌溉能力被進(jìn)一步提高，保證泵站的安全性，要對(duì)水量進(jìn)行更加充分的使用。此外，在支口位置布置閘來進(jìn)行引水，當(dāng)不使用閘來進(jìn)行引水時(shí)，要求支口的高度低于干渠30cm。

5.3 選擇支渠的高程

在布置支渠時(shí)，主要是按照等高線來進(jìn)行布置的，但是需要注意的是要合理的選擇地面高程和支渠高程，盡可能保證開挖和填充的平衡。當(dāng)支渠渠線選擇的高程比較高，渠線工程主要是使用填方的方法來進(jìn)行施工。如果高程過高，會(huì)使工程的施工面積變大，增加工程的施工難度，對(duì)渠道運(yùn)行的安全性造成了比較大的影響［5］。而對(duì)于支渠渠線在進(jìn)行施工時(shí)，需要進(jìn)行大挖方施工，施工方便，施工費(fèi)用低，渠道的安全性也更高，但是由于不能使用本級(jí)渠道灌溉渠邊的耕地，因此要安排上級(jí)渠道通過支渠道進(jìn)行灌溉。所以，在對(duì)抽水灌溉系統(tǒng)進(jìn)行布置時(shí)，要使用填方施工的方法進(jìn)行施工，并適當(dāng)進(jìn)行挖方。而對(duì)于末級(jí)渠道，要使用挖為主、填方為輔的方法進(jìn)行施工。

6 結(jié)論

綜上所述，在農(nóng)田水利建設(shè)中，合理的對(duì)斗渠流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，科學(xué)的選擇斗渠的橫斷面類型在提高灌溉效率、降低施工成本、節(jié)約水資源方面具有重要意義。使用“U”橫斷面類型，不僅占地面積小、施工量小、水流過流量大，并且具有良好的抗凍效果和防滲漏效果，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］GB50288-2009.灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］汪志農(nóng)，林性粹，黃冠華，馬孝義.灌溉排水工程學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000（12）:34-35.

［3］呂宏興，裴國(guó)霞，楊玲霞.水力學(xué)［M］.北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002（09）:46-47.

［4］楊丹齡.老渠道改造工程中縱橫斷面圖的數(shù)字化測(cè)繪［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2009（03）:64-65.

［5］齊瑩.農(nóng)田灌溉標(biāo)準(zhǔn)的作用和效益初探［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013（01）:49-50.

TV93

：A

：1008-1305（2015）05-0062-02

DO I：10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.022

周富強(qiáng)（1983年—），男，工程師。