新疆某高標準農田建設水源工程設計

王劍飛

新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830001

1 建設項目概況

1.1 基本情況

新疆某高標準農田項目喀什地區，東臨塔克拉瑪干沙漠，東與柯坪縣相連，西與阿克陶縣相連，地勢南高北低，氣候干燥、降水稀少，夏熱冬冷。高標準農田項目實施前項目區耕地面積大，灌區范圍廣，農田水利基礎設施較為落后。通過高標準農田項目建設，對渠系工程等農田水利設施進行升級改造，極大改善了當地農業生產條件。項目建成后，喀什地區高標準農田覆蓋面積將達46.67 萬hm2以上，高效節水農田面積達33.34 萬hm2以上，可實現節水工約5 億m3，增加有效耕種面積約10%，提升糧食作物產量約15%，積極保障糧食安全及重要農產品有效供給。

1.2 存在問題

研究區高標準農田項目已建成的農田水利設施主要有中型灌區的末級渠系、排水溝和小型灌區的骨干工程、末級渠系及排水溝。其中中型灌區末級渠系總長247.10 km，小型灌區骨干渠道總長469.79 km，末級渠系總長421.60 km，排水溝總長53.27 km。然而，項目區高標準農田對水依賴性較大，現有水源不能滿足灌溉使用需求，缺少水源成為制約項目進一步發展的關鍵問題，因此，新建水源工程可有效破解當前缺少水源的問題。

2 水源工程布置

根據現場調查情況，項目區水源主要為山塘及水陂。涉及的山塘共36座，目前運行狀況良好。涉及的水陂共55座，大部分目前運行狀況良好，需改造7座。其中3座水陂因被洪水沖毀，本次需進行重建；4座水陂目前僅靠人工填筑沙袋擋水，需進行新建。高標準農田項目水源為山塘的，水源工程維持現有規模不變；水源工程為水陂，且水陂運行良好的，水源工程維持現有規模不變；水陂需要拆除重建的，根據現有渠道布置情況，重建在原址進行，斷面尺寸參考現有規模，并對引水流量、穩定性進行復核確定。

3 水源工程設計復核

項目區內涉及的水源工程改造主要為水陂7 座。經現場調查，這7座水陂均存在堰體破損嚴重、上游泥沙淤積較深、下游無導墻、無消能設施等現象，水陂存在安全隱患，且無法滿足灌溉引水要求，此次改造需進行拆除重建。新建水陂堰體均為寬頂堰，采用C15 混凝土澆筑，上下游新建M7.5 漿砌石擋墻，下游出口新建C20 混凝土消力池。堰體中部設沖沙閘，閘寬1 m，采用木質閘門控制。根據現場測量結果，水陂堰體取水高度1.50～3.00 m，此次改造按取水高度1.50、2、2.50、3 m四種典型斷面進行設計。

3.1 泄流能力復核

選取水陂凈寬4、8、10、15 m 四種溢流寬度進行水陂泄流能力計算。水陂為C15 混凝土結構，堰型為寬頂堰，無坎寬頂堰堰流采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N公式N.1.1-1進行計算，公式如下：

式中：Q—流量，m3/s；δ—淹沒系數，1.0；m—流量系數，0.32；H0—包括行近流速水頭的堰前水頭，此次僅取堰上水頭，m；B—泄流凈寬，m。

經計算，水陂泄流能力見表1。泄流能力滿足規范要求。

表1 水陂水位～流量關系表

3.2 消能設施復核

此次改造的水陂均采用底流消能，末端新建C20混凝土消力池。消力池池深及池長采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N.2.4公式進行計算：

式中：d—消力池深度，m；σ0—水躍淹沒系數，σ0=1.05～1.10；hc″—躍后水深，收縮水深，m；α—水流消能校正系數，采用α=1.0；q—單寬流量，m3/s；b1、b2—消力池首端、末端寬度，m；T0—由消力池底板頂面算起的總勢能，J；ΔZ—出池落差，m；hs′—出池水深，m。

收縮水深hc″采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N.2.5公式進行計算：

式中：E0—以下游出水渠渠底為基準面的上游總水頭，m；q—收縮斷面處的單寬流量，m3/s；ψ—流速系數，ψ=0.85；hc—收縮斷面水深，m；hc″—躍后水深，m。

Frc—收縮斷面弗勞德數，。

消力池池長Lsj采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N.2.3公式進行計算：

式中：Lsj—消力池長度，m；Ls—消力池斜坡段水平投影長度，m；β—水躍長度校正系數，取β=0.7～0.8；Lj—水躍長度，m。

對水陂高度1.50、2、2.50、3 m四種典型斷面進行消力池池深及池長計算，結果表明，其消力池池長分別為3、3.50、4.50、5 m，池深分別為0.30、0.30、0.50、0.50 m。

3.3 水陂穩定復核

此次改造的水陂均為小型水陂，對新建后的水陂選取典型斷面進行抗滑穩定計算，采用抗剪強度計算公式：

式中：K—穩定性系數；f—混凝土與溢流堰基礎接觸面的抗剪摩擦系數，f＝0.50；∑G—作用在溢流堰上全部豎向荷載（包括揚壓力作用，kN）；∑P—作用在溢流堰上全部水平向荷載，kN。

按照校核洪水位情況下計算自重、靜水壓力、揚壓力、泥沙壓力等荷載，荷載組合取基本組合，根據規范要求，4級建筑物基本荷載組合和特殊荷載組合按抗剪計算的穩定性系數為1.05。

混凝土容重取23.50 t/m3，水陂抗滑穩定計算成果見表2。計算結果表明，新建后的水陂抗滑穩定滿足規范要求，水陂穩定。

表2 水陂抗滑穩定計算成果表

4 結語及建議

文章通過對新疆某高標準農田項目的水陂設計進行復核，結果表明設計滿足要求。高標準農田項目建設為形成集中連片、設施配套的耕地格局打好基礎。下階段，應進一步督促健全完善多元投入機制，確保農田建設任務順利開展，同時積極爭取高標準農田建設的資金支持，鼓勵社會各界積極投入高標準農田建設，不斷拓寬資金渠道，形成多部門資金投入高標準農田建設的良好機制。