某縣新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃渠道工程典型設計

馮　露　劉錦雯

某縣新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃渠道工程典型設計

馮露劉錦雯

一、項目建設背景

我國是世界人口大國和糧食消費大國，糧食問題始終是國民經(jīng)濟發(fā)展中的重中之重。黨中央、國務院從2004年起連續(xù)以一號文件形式，出臺了一系列政策措施，加大對糧食主產(chǎn)區(qū)的扶持力度，旨在穩(wěn)定和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，增強糧食產(chǎn)品市場競爭力，促進農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收。

某縣渠道工程主要建設內容為：（1）新建防滲渠道27.595km，其中斗渠長18.185km，農(nóng)渠長9.41km；擴建泵站1座，新建管道灌溉站2座；配套建筑物386座；配套電磁流量計8套；疏浚排澇溝4.36km；低壓管道灌溉2000畝。（2）田間道路工程：新鋪生產(chǎn)路2500m；機耕橋7座。

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288-99），確定該項目區(qū)內墊湖站為4級，配套建筑物均為5級，梅花斗渠1和梅花斗渠2為4級，其余渠道級別均為5級。

二、典型渠道工程設計

該工程斗渠、農(nóng)渠斷面均為梯形斷面，防滲結構型式基本相同，項目共安排7種規(guī)格渠道進行混凝土襯砌，選擇斗渠4及農(nóng)渠5作為典型設計，簡要介紹設計過程。項目區(qū)的灌溉制度多采用續(xù)灌，根據(jù)此灌溉制度推求各渠道的灌溉流量。

1.設計流量推算

設計流量按下式計算：

式中：qs—設計灌水率，1.3m3/（s·萬畝）；

AS—渠道灌溉面積（萬畝）；

η—渠道至田間的灌溉水利用系數(shù)，取0.65。

斗渠4灌溉面積為0.34萬畝，農(nóng)渠5灌溉面積為0.07萬畝，則斗渠4設計流量為1.05m3/s，農(nóng)渠5設計流量為0.2m3/s。

2.橫斷面設計

渠道橫斷面采用梯形水力最優(yōu)斷面，設計采用明渠均勻流公式，按《灌溉與排水工程設計規(guī)范》附錄H提供公式計算。斗渠4與農(nóng)渠5設計斷面見表1。

表1　渠道橫斷面計算成果表

3.核算不沖不淤流速

根據(jù)表1確定的渠道橫斷面尺寸和最大流量與最小流量，按照明渠均勻流公式可得出加大流量時的最大流速 Vm ax和最小流量時的最小流速Vm in。按照《灌溉與排水工程設計規(guī)范》要求：Vm axVcd（不淤流速），通過計算，確定斷面滿足渠道不沖不淤流速要求，計算成果見表2。由表2可知，渠道設計橫斷面滿足渠道不沖不淤流速要求。

表2　渠道不沖不淤流速核算表

4.渠道縱斷面設計

結合項目區(qū)的地面高程，渠道現(xiàn)狀底縱坡降確定設計渠道的縱比降，由于梅花項目區(qū)梅花斗渠1與梅花斗渠2渠道長度長，灌溉面積大，且灌溉地勢相對平緩，為進一步減少水頭損失，梅花斗渠渠底比降取1/20000，其余斗渠比降均為1/8000，農(nóng)渠為1/5000。

一般情況下，自流灌溉渠道渠首水位采用自上而下推算，提灌渠道渠首水位采用自下而上推算，并結合已實施的各干渠渠道提灌站出水水位、支渠渠首閘閘下設計水位綜合確定。此次梅花項目區(qū)的渠道均直掛于重梅灌區(qū)東分干渠，上塘項目區(qū)渠道直掛于上塘項目區(qū)斗渠1。此次實施工程，除梅花項目區(qū)梅花斗渠和上塘項目區(qū)斗渠1為提水灌溉渠道，其余均為自流灌溉渠道。現(xiàn)以梅花項目區(qū)斗渠4為例推求各渠道的渠首水位。

（1）自下而上推算斗渠渠首水位

H進—渠道進水口處的設計水位，m；

H0—渠道灌溉面積上控制點的地面高程，m；

Δh—控制點附近末級固定渠道水面高程，取0.2m；

L—各級渠道的長度（m）；

i—各級渠道的比降；

Σhj—水流通過渠系建筑物的水頭損失。

農(nóng)渠5總長為1460m。農(nóng)渠末端灌溉的田面高程為17.75m，渠底比降為1/5000，農(nóng)渠水頭損失為0.30m，單個涵洞損失0.05m，渡槽損失0.1m，由農(nóng)渠5渠首水位可推得農(nóng)渠閘上水位為17.55+0.30+5×0.05+0.1+0.2=18.40m。

根據(jù)上述推求過程可得斗渠4沿線各農(nóng)渠渠首水位，以此推得斗渠渠首閘下水位最高為18.60m。

（2）自上而下推算斗渠渠首水位（見表3）

表3　斗渠4水位推求過程表

斗渠4直掛于重梅灌區(qū)東分干渠，距離東分干渠樁號K9+900距離約4.6km，東分干渠樁號K9+900渠道水位為19.27m，渠底比降為1/20000，由此推得斗渠4渠首閘上水位為19.27-4600/20000=19.04m。考慮節(jié)制閘損失0.2m，涵洞損失0.1m，則渠首閘下水位為18.74m。

經(jīng)過比較可知，自下而上推算出的斗渠首水位低于自上而下推算出的斗渠首水位，因此滿足自流灌溉要求。由于兩者水位相近，為了進一步提高灌溉保證率，斗渠渠首閘下水位采用自上而下推算的水位，即18.74m。

根據(jù)上述推求過程，斗渠4與農(nóng)渠7的設計成果詳見表4。

表4　渠道設計參數(shù)表

根據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》，該工程中的渠道均為5級渠道。由于梅花項目區(qū)渠道由梅花斗渠引水灌溉，灌溉面積大，設計水深為1.8m，渠道岸頂超高0.7m，其余斗渠按設計水位超高0.30m，農(nóng)渠按設計水位超高0.20m。

三、渠道護砌結構布置

此次護砌設計原則是結合前期及其他工程的成功經(jīng)驗及工程實際情況，并充分兼顧人水和諧與生態(tài)水保，確定渠道工程護砌形式如下：

（1）梅花斗渠采用混凝土與連鎖塊相結合的護砌方式，混凝土護坡每隔200m設置一段20m生態(tài)段，即連鎖塊護坡。渠道下部護砌至設計水位，上部采用草皮護坡，混凝土護坡厚度為100mm。渠兩側護坡每隔200m交替設置混凝土踏步一道，踏步總寬1.6m。

（2）其他斗渠采用混凝土與連鎖塊相結合的護砌方式，混凝土護坡每隔200m設置段20m生態(tài)段，即連鎖塊護坡。渠道下部護砌至設計水位，上部采用草皮護坡，混凝土護坡厚度為80mm。渠兩側護坡每隔200m交替設置混凝土踏步一道，踏步總寬1.6m。

（3）農(nóng)渠渠道渠坡與渠底采用混凝土護砌，護砌厚度為60mm；混凝土護坡襯砌到設計水位，設計水位以上采用草籽護坡，草籽品種為狗牙根。

（4）該工程擬在沿渠縱向每隔5m，設2cm寬伸縮縫，以適應溫度變化、凍脹、基礎不均勻沉陷等原因引起的變形■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學研究院230088南水北調東線江蘇水源有限責任公司210000）