一八四團高標準農田建設渠道工程設計分析

程文坤

(北屯市恒豐勘察設計開發有限責任公司，新疆 北屯 836000)

1　工程概況

本項目為2018年國家農業綜合開發高標準農田建設項目，以下簡稱項目。項目區現狀利用耕地面積為390.27 hm2。由于水利工程設施年久失修，導致灌溉水利用率較低，作物產量較低。項目區土地平整，土壤質地好，地勢平坦，水資源豐富，集中連片開發潛力較大。

項目區建設混凝土防滲渠道3.40 km及渠系建筑物10座，建設泵站8座，架設10 kV輸電線路0.62 km。項目區實施后，渠道全部防滲、加壓滴灌全部可以正常運行，減少田間滲漏，將節約的水資源用于項目區生態用水，有利于項目區水資源的可持續利用，有利于項目區經濟的可持續發展，符合國家水利和農業可持續發展戰略。

2　項目區渠道工程設計分析

2.1　水源

項目區灌溉由龍梁干渠控制灌溉，項目區取水過程為：

2.2　渠道規模確定

項目實施后，項目區灌溉采用加壓滴灌，斗渠按滴灌供水渠道計算規模。

Q=10IaA/(ηC)

(1)

式中：Q為渠道的設計流量，m3/s；Ia為設計灌溉補充強度mm/d；η為水利用系數；C為系統每日工作小時數，h；A為灌溉面積，hm2。

通過計算確定四分干5斗渠控制各地塊面積及流量，將各地塊所需流量累加確定5斗渠設計流量為0.72 m3/s[1]。1分斗渠按照滴灌首部所需流量進行設計。

2.3　渠道斷面設計

本工程斗渠改建，為了與原渠道較好銜接，斗渠斷面采用與原渠道斷面相同型式，渠道為梯形斷面，內邊坡為1∶1.5，渠道堤頂左岸寬為1.0 m，右岸寬為1.0 m，外邊坡為1∶1.5。

2.3.1斗渠斷面型式比選

根據一八四團和項目區基本情況以及當地多年渠道防滲情況，本工程斗渠斷面型式選用如下兩種方案進行比選，方案比選情況見表1。

根據以上分析，U型斷面投資小、具有較好的水力條件，但最終確定選用梯型防滲渠。原因是U型渠施工技術相對復雜，施工質量不易控制，運輸不方便，在運輸過程中損耗較大；一八四團以往做的都是梯型渠，梯型渠施工技術比較成熟，管理技術比較成熟[2]。

表1　斗渠斷面型式方案比選表

2.3.2斗渠防滲方式的設計

根據表2分析，考慮到以下幾點最終確定選用梯型渠道防滲材料為現澆混凝土板。現澆混凝土水力條件好；現澆混凝土耐久性好，使用年限長；一八四團渠道大多為現澆混凝土板，水管所對現澆混凝土板渠道管理維修經驗豐富。

表2　渠道防滲型式方案比選表

2.4　渠道縱斷面的設計

根據渠道的設計流量和實地勘測資料，在設計中綜合考慮現狀渠系高程等條件來控制渠道的縱坡具體有以下幾點。延用原渠道高程，做到工程量盡量小，挖填平衡及渠道穩定。最后確定各個渠段水力要素見表3。

表3　渠道水力要素計算表

2.5　渠道邊坡、渠頂超高和渠道堤頂寬設計

超高確定依據《灌溉與排水工程設計規范》(GB 50288—1999)[3]中的第6.1.23.6條渠道超高值可采用0.3～0.8 m，5級渠道可適當減小，但不應小于0.1 m。本次設計渠道超高均在0.3～0.1 m之間。渠道內邊坡依據《渠道防滲工程技術規范》(GB/T 50600—2010)[4]中規定填方渠道最小邊坡系數。土質為砂壤土時，內邊坡不易小于1∶1.5，外邊坡不易小于1∶1.5。本工程內邊坡為1∶1.5，外邊坡為1∶1.5。

采用原渠道渠頂寬度，左岸為1.0 m，右岸為1.0 m。

2.6　渠道抗凍脹分析

本地區屬嚴寒地區，在水利工程設計中要考慮建筑物凍融和凍脹問題。本工程由于只考慮夏季農業灌溉，冬季渠道不運行，所以在抗凍設計中只分析渠道凍脹破壞問題。

根據《渠系工程抗凍脹設計規范》[5]中3.3.1的規定“細粒土及粒徑小于0.075 mm土粒重量超過土樣總重量10%的粗粒土為凍脹性土”，項目區渠道為凍脹性土。

根據《渠系工程抗凍脹設計規范》以及本工程的具體情況，進行渠道的抗凍脹設計[6]，渠道凍脹設計概況見表4。

表4　渠道凍脹設計概況

本工程采用混凝土預制板防滲，根據《渠系工程抗凍脹設計規范》梯形斷面混凝土襯砌渠道允許法向位移值為0.5～2.0 cm，對于斷面深度小于1.5 m，襯砌板單邊尺寸小于2.5 m的渠道，可取大值，計算渠基土凍脹量略大于渠道襯砌結構允許法向位移。由于本項目渠道防滲主要是斗渠，參考一八四團已建工程，渠道需使用換填土，采用砂礫石土進行換填，換填厚度為30 cm。

根據本地區多年來渠道防滲經驗，本工程現澆混凝土板設計強度等級取C20，抗凍等級取F150，抗滲等級取W4。現澆混凝土板采用矩形塊，橫縫間距為4000 mm，板厚80 mm。封頂板強度等級為C20，抗凍等級為F150，尺寸為4000 mm×300 mm。

3　結　論

通過采取水利、農業、科技等綜合措施進行高標準農田工程建設，使項目區農業基本生產條件得到了改善，增強了農業生產抵御自然災害的能力。