衡東大浦通用機場排水口與周邊村水利設施設計

劉雄杰，袁文濤

（1. 湖南天谷水利電力工程建設有限公司，湖南 衡陽 421400； 2. 衡東縣水利局，湖南 衡陽 421400）

在項目區之中，主要運用明渠地面自流灌溉。而就地面灌水而言，通常劃分為輪灌以及續灌，其中前者主要應用于面積偏大的灌區，田塊多，灌水時間存在著差異；后者則主要運用于灌水時間相同，勞動力少以及流量分散的區域。所以，結合本項目區的具體狀況，斗渠設計運用續灌的方式，而農渠設計則運用輪灌的方式，周期定為7 天。

1 灌溉渠道流量計算

1.1 設計典型年項目區毛灌水率（灌水模數）的確定

就自流灌溉而言，它是當前項目區最為常用的一種方式，若通過自流灌溉對典型年份灌溉方式進行設計，則需要全天候不間斷地灌水，所以毛灌水率計算公式如下：

式中 q毛——自流灌溉方式下設計毛灌水率（m3/s·hm2）；

a——單位灌水面積（hm2）；

m——灌水定額（灌溉水田取80 m3/畝，旱地取20 m3/畝）；

T——灌水周期（灌溉水田灌水周期為7 天）；

η——灌溉水利用系數（取0.76）。

將相關參數代入，最終得到毛灌率如下：

自流灌溉：q毛=15×1×80/（3 600×24×7×0.76）=0.002 6（m3/s·hm2）

本項目絕大部分規劃為灌溉水田，故不計算旱地的毛灌溉率。

1.2 項目區渠道設計流量的計算

式中 Q——設計流量（m3/s）；

A——灌溉面積（hm2）；

q毛——設計毛灌水率（m3/s·hm2）。

本項目區水源較分散，斗渠控制面積較少，為了項目實施時施工的方便，結合當地地形特點在設計渠道斷面時將使用較大控制面積值計算斗渠的設計流量。

以新修斗渠Ⅱ-1 為例，其控制面積約為15hm2，則：Q＝q毛A=0.002 6×15=0.039 m3/s

因為農渠采用輪灌灌水方式，灌水周期為3.5 天，而自流灌溉下的毛灌水率是按灌水周期為7 天求得，故計算農渠設計流量采用灌水率為2 倍設計毛灌率。

上述計算出來的流量，是將渠道正常引水作為基礎進行獲取的。自流灌溉項目區所運用的主要方式，所以需結合灌區氣候、面積等變化，適當提升渠道流量，具體需要通過經驗值來進行計算。通常情況下，若渠道流量不超過1 m3/s，需提升30%～35%。因為輪灌渠道在控制方面的面積偏小，對此可調劑輪灌組內相關渠道的輸水量以及時間，不必提升流量設計[1]。由此可得，若斗渠運用增大流量設計，那么農渠可不運用增大流量設計，

則：新修斗渠Q=（1+30%）Q=1.30×0.039=0.051m3/s。

2 渠道橫斷面設計

項目區之中涉及到的渠道全部運用現澆混凝土梯形斷面，通過明渠進行計算，即：

渠道在斷面設計方面運用試算法。

1）渠道縱坡。渠底比降需要向著地面比降靠攏，防止出現深挖高填，與灌溉田塊田面高程的情況，本設計取1/1 000～1/2 000。

2）渠床糙率。灌溉渠道通常使用塊石進行護砌，這樣能夠降低渠床糙率，還能增強渠道邊坡穩定性。在護砌之后渠床糙率n=0.017。

3）渠邊坡系數。項目區在渠道設計方面的流量偏小，為了能夠便于施工，全部運用梯形斷面，梯形渠道邊坡采用m＝0.25。

4）渠道不沖不淤流速。結合試驗研究和建成渠道的經驗，護砌渠道在不沖流速方面為2.5 m/s，不淤流速為0.3 m/s[2]。就本設計渠道要求而言，需要在流速方面符合不沖不淤的要求。

5）渠堤寬度。為滿足生產要求，需將渠堤寬度設置為0.2 m。

6）渠道堤頂超高。由于項目區在渠道設計流量方面偏小，所以堤頂超高取0.15～0.25 m。

新修建的聯接渠、排水渠及農渠均采用現澆混凝土，所有渠道每隔6 m 設置寬為20 mm 的伸縮縫，瀝青砂板填縫；農渠襯砌厚0.1 m，聯接渠及排水渠襯砌厚0.12 m。

3 渠道縱斷面設計

要想將自流灌溉應用于渠道涵蓋的范圍，需要確保各級渠道分水點在水位高程方面的充足性[3]。而在對水位高程進行推算的過程中，需要將地面高程、渠道沿程等水頭損失作為基礎，如下所示：

式中 B分——分水口要求控制水位高程（m）；

A0——渠道灌溉范圍內地面參考點的高程（m）；

h——所選參考點與該處末級固定渠道水面的高差，取0.1 m；

l——各級渠道的長度（m）；

i——各級渠道的比降；

φ——水流通過渠系建筑物的水頭損失（m）。確定好各級渠道設計水位后，應立足于水深以及安全超高，制定渠底與渠頂高程。

結合不同類型渠道控制面積對設計流量進行計算，具體成果見表1。

表1 渠道橫斷面設計成果表

4 新整修塘庫設計

4.1 塘壩壩體整修設計

規劃區內原淺塘村11 組上保至塘因塘壩年久失修，邊坡崩塌，鼠洞較多，塘壩漏水嚴重，影響下游附近農田耕作，本次除對其清淤外，均對塘壩進行防滲護坡，防滲面板采用厚0.1 m 的C20 混凝土襯砌，護至塘壩頂，頂部封頂板寬0.30 m，厚0.1 m，基礎截水墻也采用C20 混凝土現澆，截水墻高0.5 m，寬0.4 m。混凝土砌體每隔6 m 設一伸縮縫，縫寬0.02 m，瀝青砂板填縫。

4.2 壩下放水涵管設計

壩下放水涵是方便灌溉放水而設置，涵出口直接與灌溉渠道相連，為保證質量，防止接頭過多或地基不均勻沉降使得管身斷裂，本設計采用抗拉和抗壓較好的PE 管作為放水涵管，放水孔采用分級臥管式布置。壩下涵管設計計算如下：

1）進水口尺寸確定。水流從孔口進入臥管后為明渠流，所以孔口為自由式孔口出流，則每孔通過的流量為：

式中 Q——每個孔口通過的流量（m3/s）；

μ——孔口流量系數，小孔口一般為0.60～0.62，取0.61；

A——每個放水孔的過水斷面面積（m2）；

h——孔口以上水深（m），取0.5m。

設孔口直徑為0.1 m，計算得每孔通過流量為Q＝0.015 m3/s，按前述渠道灌溉流量計算，此流量可灌溉田50～60 畝，符合要求。

2）臥管尺寸確定。臥管斷面形狀設計為圓形，管中水流呈無壓流形式流動。為了能夠實現管內無壓流，需按照高于水深3～4 倍的方式對臥管進行設置。同時，就臥管斷面尺寸而言，和設計流量（Q）、縱坡（i）之間存在著緊密的聯系，在計算時一般是同明渠均勻流公式，如為圓形臥管則按正常水深的40%計算，可按下面簡化公式計算，臥管坡度1∶2 時：

式中 d——臥管直徑（m）；

Q——設計流量（m3/s），取Q＝0.015 m3/s。

當通過流量為Q＝0.015m3/s 時，d＝0.12m，取0.15m。

3）放水涵管尺寸確定。涵底坡取1/500，屬于陡坡，其泄流能力不受洞長影響，按短洞計算，計算公式為：

式中 b——涵洞過水斷面寬度（m），當過水斷面為非矩形時，b=wk/hk；

hk——臨界水深（m）；

wk——相應于hk時的過水斷面面積（m2）；

σs——淹沒系數；當σs=1 是為自由出流；

H0——涵洞進口斷面底板高程起算的上游總水頭（m）；

m——流量系數，取為0.35。當通過流量為Q＝0.015 m3/s 時，放水涵管D＝0.2 m。根據以上計算可知放水涵管孔徑確定為Φ200PE管，放水孔采用分級臥管式布置，臥管確定用Φ200PVC 管，位置根據實際情況可布置在土壩臨水面斜坡上，修建成階梯式斜臥管，相鄰臺階高差0.5 m，每個臺階上設1 個進水孔，孔口按垂直等距離布置，垂距0.5～1.0 m，進水口孔徑確定為Φ110PVC 管，平時用木塞封閉，用水時，隨水位降落逐級打開，如果要加大放水流量可同時打開2 個進水孔。在臥管最高處離壩頂0.5～0.8 m 的地方設1 個通氣孔，臥管下部與涵管進口均與消力池相連。消力池尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m，側墻厚0.24 m，內外防水砂漿抹面，鋼筋混凝土蓋板。

為使地基不均勻沉降導致管身變形，涵管下部設置管座以改善管身受力條件，管座用現澆C20 混凝土，管座與管身的接觸面成120°包角。為增長滲徑，改變滲流方向，防止沿管壁產生集中滲流，設置混凝土截水環，截水環高0.5 m，厚0.3 m。放水涵管出口設一消力池與灌溉渠道相連，消力池尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m。

4.3 溢洪道設計

本項目整修的上保至塘均靠近機場的圍墻，基本沒有集雨面積，要灌滿山塘需要在山塘上方修建雨水集中排放出口，所以溢洪道泄洪流量需要根據雨水集中排放出口的出口流量確定。溢洪道采用開敞式正槽溢洪道，控制段與泄槽段邊墻均采用頁巖磚砌筑，泄槽邊墻高0.6 m，底寬0.7 m，底板用C20 混凝土現澆。泄槽布置在塘壩外坡上，在原有渠道與泄槽交叉處修一消力池，消力池尺寸為2.0 m×2.0 m×1.5 m，側墻厚0.24 m，外露面水泥砂漿抹面。

5 結 語

本文通過對衡東縣大浦通用機場建設占用當地水利設施，以及機場建設期間、機場建成后可能影響原有水利設施發揮效益涉及的區域內的農田進行實地踏勘，將記錄和搜集的詳實資料數據進行及時的整理匯總，在此基礎上進行規劃設計。