夾馬口北擴灌區(qū)末級渠系工程設(shè)計

潘俊鵬，武 強

（運城市夾馬口引黃管理局，山西 運城 044000）

1 概況

夾馬口引黃工程是山西省一座大型高揚程提黃灌溉工程，設(shè)計灌溉面積6.06萬hm2。水源站位于黃河小北干流龍門下游64.5 km的吳王渡口附近；夾馬口一級站位于黃河小北干流中段左岸的夾馬口村附近，上游距龍門72.5 km，下游距潼關(guān)60 km；小樊一級站位于夾馬口下游4 km；泉杜站位于泉杜村西約1.0 km處，在一級干渠樁號23+300處取水。該灌區(qū)設(shè)計提水流量24.5m3/s，共安裝機組65臺，總裝機容量8.05萬kW，主要灌溉臨猗縣4.58萬hm2、永濟市1.15萬hm2和萬榮縣0.33萬hm2農(nóng)田，受益范圍涵蓋臨猗、永濟、萬榮3縣（市）19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)45萬人。灌區(qū)分夾馬口、小樊和北擴灌區(qū)三部分。其中北擴灌區(qū)骨干渠道于2009年底建成通水，設(shè)計灌溉面積2.71萬hm2，目前末級渠系配套面積1.6萬hm2，達到設(shè)計面積的59.1%。北擴灌區(qū)內(nèi)地勢平坦，固定渠道分為干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠四級。

2 灌區(qū)骨干渠道布置形式

夾馬口灌區(qū)北擴工程是在原夾馬口引黃工程基礎(chǔ)上擴建的。工程從一級干渠樁號23+300處取水，通過266m引水渠和5369m長的壓力管路，將水送到柳村村東553.0m高程的出水池。擴建灌區(qū)骨干渠道全部采用明渠輸水，從出水池開始沿東偏北550m高程方向，途經(jīng)嶺后、福壽屯、西陳翟、元家莊、小閆、羅村到萬榮縣埝底村北，全長27.005 km，沿途布置16條支渠，在支渠上設(shè)置分水口，布置斗渠，在斗渠上設(shè)置分水口流入農(nóng)渠或田間進行灌溉。

3 末級渠道輸水形式

夾馬口灌區(qū)渠道實行支渠續(xù)灌，斗渠和農(nóng)渠輪灌工作制，輪灌是指在同一渠道一次灌水延續(xù)時間內(nèi)輪流輸水的工作形式。實行輪灌時，縮短了各條渠道的輸水時間，加大了輸水流量，同時工作的渠道長度較短，減少了輸水損失水量，有利于農(nóng)業(yè)耕作和灌水工作的配合，有利于提高灌水工作效率。

4 末級渠道布置原則

運城峨嵋臺垣地形平坦開闊，耕地集中連片，耕種的田塊一般呈規(guī)則的長方形、正方形。在斗渠、農(nóng)渠規(guī)劃中，要結(jié)合地形地貌特點和控制的面積，全面規(guī)劃，統(tǒng)籌兼顧。一是在可能的條件下，渠道盡量走高線，以擴大自流灌溉面積。二是渠線布置盡量避免深挖、高填及險工地段，以保證工程安全。三是管理運行方便，考慮行政村莊的界限，盡量做到斗渠不跨村界供水。四是渠線布置結(jié)合道路、林帶及耕作地段，力求直、短，建筑物數(shù)量少，盡可能少占耕地，少拆民房，避免交叉工程，以減少工程量，降低工程造價。五是利用有利的地形條件，合理設(shè)置退水建筑物，保證重要渠段及建筑物的安全。六是根據(jù)實際地形做到渠林路相結(jié)合，盡量占用耕地較少、工程量較小，斗渠長度一般為700～1200m，間距基本按現(xiàn)狀地形300～500m，控制面積 20～53.33 hm2。

5 末級渠道設(shè)計要求

5.1 渠道設(shè)計原則

渠道設(shè)計應(yīng)滿足以下原則：一是渠道斷面設(shè)計力求合理，縱坡與地形相宜，以節(jié)約占地，減小工程量，降低投資。二是渠道均采取襯砌防滲措施，以提高渠系水利用系數(shù)，發(fā)展節(jié)水灌溉。三是渠道流速按不淤流速考慮，斗渠引水口與支渠渠底齊平，以減少上一級渠道淤積，有利于用水用沙。支、斗渠水位高出地面一般為0.2～0.3m，但在無分出下一級渠道的渠段，允許低于地面。農(nóng)渠水位高出地面0.1～0.2m，對于局部高地允許與地面相平或稍低。各級渠道進口水位高程應(yīng)滿足控制面積的引水高程和引水流量。四是各級渠道上設(shè)置一定數(shù)量的量水、分水節(jié)制及其他建筑物，以方便運行管理。

5.2 渠系建筑物設(shè)計原則

渠系建筑物應(yīng)滿足以下原則：一是滿足渠系輸水、分水、量水、防洪等要求，保證渠系正常運行；建筑物數(shù)量、類型在滿足安全運行，便于管理的條件下，力求做到數(shù)量少、工程量省。有條件時盡量采用聯(lián)合布置方式；流態(tài)穩(wěn)定，水頭損失小。二是建筑物的設(shè)計力求技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全實用，在可能的條件下注意美觀。三是對于一般建筑物，盡量采用定型設(shè)計和裝配式結(jié)構(gòu)。對規(guī)模較大和技術(shù)性比較復雜的建筑物應(yīng)進行專門設(shè)計。四是因地制宜，就地取材，結(jié)合當?shù)亟ㄖ牧系膬α壳闆r，合理選擇建筑物的結(jié)構(gòu)形式，盡量達到造價低、工程量省及施工便利的目的。

6 末級渠道橫斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》，防滲斷面形式明渠可選用矩形、梯形、U型和復合形?？紤]到該工程水源含沙、氣候、地質(zhì)等條件的影響，結(jié)合夾馬口灌區(qū)多年運行經(jīng)驗，末級渠道均采用混凝土U型渠，其優(yōu)點主要有：水力條件好，近似最佳水力斷面，可減少襯砌工程量，輸沙能力強，有利于高含沙引水。在凍脹性和濕陷性地基上有一定的適應(yīng)地基不均勻變形的能力。渠口窄，節(jié)省土地，減少挖填方量。整體性強，防滲效果優(yōu)于梯形渠道。便于機械化施工，可加快施工進度。

7 末級渠道流量計算

渠道輸水能力根據(jù)明渠均勻流公式計算：

式中：Q——設(shè)計過水流量，m3/s；

A——過水斷面面積，m2；

i——渠道縱坡。

輪灌渠道正常流量按下述公式計算：

式中：Qn——輪灌渠道的正常流量，m3/s；

N——該渠道輪灌組數(shù)；

An——該渠道輪灌組平均灌溉面積，hm2；

ηn——該輪灌渠道至田間的灌溉水利用系數(shù)。

8 渠道要求的水位控制高程及縱斷面水位銜接

8.1 渠道水位控制高程

末級渠道進口的設(shè)計水位，應(yīng)綜合考慮支渠分水口運行水位，從田面控制點高程自下而上逐級推求，以田間灌水所需水頭為渠道末點計算高程。為了保證渠道所控制的灌溉面積均能進行自流灌溉，末級渠道（農(nóng)渠）放水口的水位應(yīng)高出平整后田面0.1～0.2m左右。

8.2 渠道縱斷面的水位銜接

不同斷面渠段間的水位銜接：為保證渠道穩(wěn)定的引水水位，不同斷面間的水位銜接采用只變斷面不變水深的連接方式。

沿途建筑物的銜接：渠道通過各種建筑物時，均需損失一部分水頭，如不考慮，將造成建筑物的壅水現(xiàn)象，致使水流流速減緩，泥沙淤積，超高減小，因此設(shè)計中對于水頭損失較大的建筑物均留了一定的損失余量，以使水位良好銜接。

上、下級渠道水位銜接與節(jié)制閘：該灌區(qū)以含沙量較高的黃河水為水源，考慮到泥沙顆粒較小對農(nóng)田耕作無不良影響，為減小渠中的泥沙淤積，使水流挾沙入田，起到改良土壤促進增產(chǎn)的作用，設(shè)計中在滿足下級渠道引水的前提下，使所有下級渠道引水口底高程均保持與上級渠底齊平。對于斗、農(nóng)渠間的水位銜接，應(yīng)區(qū)別不同情況采取相應(yīng)的工程措施。當斗渠通過設(shè)計流量時，農(nóng)渠亦按設(shè)計流量取水，但當斗渠通過最小流量時，農(nóng)渠取水便得不到保障，須在斗渠上修建一定數(shù)量的節(jié)制閘來抬高水位，以滿足農(nóng)渠的取水要求，一般使每個節(jié)制閘控制2～4個農(nóng)口。為了保證渠道安全運行，節(jié)制閘壅水后的水位要求應(yīng)不高于渠道設(shè)計水位。

9 結(jié)語

夾馬口北擴灌區(qū)設(shè)計灌溉面積2.71萬hm2，目前末級渠系配套面積1.6萬hm2，年灌溉水量4600余萬m3，效益顯著。剩余面積斗渠配套工程規(guī)劃在“十三五”期間實施，工程全面完成后，北擴灌區(qū)年灌溉用水量將達到8000余萬m3，末級渠系配套工程完成后，將大大提升灌區(qū)灌溉效益，有效改善當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。