桐柏縣旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目后河灌區(qū)設(shè)計(jì)

□許露予　□楊　輝（河南桐柏縣水利局）

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桐柏縣旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田項(xiàng)目后河灌區(qū)設(shè)計(jì)

□許露予□楊輝（河南桐柏縣水利局）

摘要：為深入貫徹落實(shí)《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》、《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展農(nóng)民增收的若干意見(jiàn)》和中共中央十七大會(huì)議有關(guān)精神，進(jìn)一步加強(qiáng)桐柏縣小型農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，改善農(nóng)民生產(chǎn)條件條件，促進(jìn)糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收，桐柏縣大力開(kāi)展旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)是增加糧食供給、保障國(guó)家糧食安全的必要組成部分。

關(guān)鍵詞：旱澇保收；灌區(qū)；工程設(shè)計(jì)；布局

1　項(xiàng)目區(qū)可供水量分析

后河灌區(qū)控制灌溉面積8487 hm2，主要供水水源為后河水庫(kù)。后河水庫(kù)位于桐柏縣固縣鎮(zhèn)后河村的石頭畈河上，屬淮河流域，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫(kù)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核。水庫(kù)壩址以上控制流域面積10.55 km2，總庫(kù)容478萬(wàn)m3，興利庫(kù)容252萬(wàn)m3。后河水庫(kù)1967年建成，2010年進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2　項(xiàng)目區(qū)農(nóng)田水利設(shè)施現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

后河灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積9000 hm2，目前實(shí)際控制灌溉面積8487hm2，主要供水水源為后河水庫(kù)。后河水庫(kù)輸水洞最大泄洪量2.00 m3/s，洞身為鋼筋混凝土無(wú)壓方涵，洞身長(zhǎng)度50 m，寬0.80 m，高1.50 m，閘門(mén)為平面鑄鐵拱形閘門(mén)，尺寸為1.20 m×1.20 m。

2011年度工程項(xiàng)目后河灌區(qū)建設(shè)規(guī)模為8487 hm2，范圍涉及灌區(qū)1條干渠、3條支渠、7條斗渠、142條農(nóng)渠疏浚、襯砌及渠系建筑物配套工程。后河灌區(qū)干渠設(shè)計(jì)流量0.95 m3/s，比降1/1000～1/2000，梯形斷面，長(zhǎng)9.64 km，其中混凝土襯砌3200 m，其余為土渠；三條支渠共長(zhǎng)4.52 km，除1條支渠在20世紀(jì)80年代末用混凝土襯砌外，其它2條均為土渠。由于年久失修、管理不善等，渠道淤積、坍塌、混凝土破損等現(xiàn)象嚴(yán)重；干、支渠系建筑物老化損壞，如干渠的石頭畈村3座渡槽，排架沉陷，槽身混凝土老化脫落、鋼筋外露銹蝕，早已不能正常通水；現(xiàn)有的幾條斗渠全部為土渠，大部分斗農(nóng)渠已毀壞，渠系建筑物絕大部分未進(jìn)行配套或配套標(biāo)準(zhǔn)偏低。

后河灌區(qū)干支渠工程現(xiàn)狀情況詳見(jiàn)表1。

表1　后河灌區(qū)干支渠工程現(xiàn)狀情況表

后河灌區(qū)現(xiàn)有水閘5座，已經(jīng)損壞無(wú)法使用，詳見(jiàn)表2。

表2　后河灌區(qū)干支渠水閘工程現(xiàn)狀情況表

后河灌區(qū)干支渠現(xiàn)有生產(chǎn)橋5座，原建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，損壞嚴(yán)重，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，原有生產(chǎn)橋無(wú)法滿足機(jī)械化生產(chǎn)需要。

后河灌區(qū)現(xiàn)有渡槽3座，槽身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件限制，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，現(xiàn)狀槽身混凝土老化脫落、鋼筋外露銹蝕，排架傾斜，原有防滲設(shè)施幾乎報(bào)廢，滲漏嚴(yán)重。工程現(xiàn)狀情況詳見(jiàn)表3。

表3　后河灌區(qū)干支渠渡槽工程現(xiàn)狀情況表

3　項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)

后河水庫(kù)灌區(qū)：建設(shè)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田8487 hm2，工程實(shí)施后新增有效灌溉面積5941 hm2，改善有效灌溉面積2546 hm2，其中新增節(jié)水灌溉面積6365 hm2。主要建設(shè)內(nèi)容為整修襯砌渠道77.84 km，其中整修襯砌干渠1條，長(zhǎng)9635 m，支渠3條，長(zhǎng)4516 m,斗渠7條，長(zhǎng)7076 m，農(nóng)渠142條，長(zhǎng)56608 m；新建重建渠系建筑物202座，其中閘5座，渡槽3座，斗農(nóng)門(mén)149座，橋20座，涵25座，跌水104座。

4　項(xiàng)目建設(shè)及布局

后河水庫(kù)灌區(qū)建設(shè)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田8487 hm2，工程實(shí)施后新增有效灌溉面積5941 hm2，改善有效灌溉面積2546 hm2，其中新增節(jié)水灌溉面積6365 hm2。主要建設(shè)項(xiàng)目為后河水庫(kù)灌區(qū)的渠道整修襯砌及渠系建筑物配套，范圍涉及固縣鎮(zhèn)的石頭畈、沈樓、黃畈共3個(gè)行政村35個(gè)自然村。石頭畈行政村建設(shè)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田4878 hm2，工程實(shí)施后新增有效灌溉面積3415 hm2，改善有效灌溉面積1463 hm2，其中新增節(jié)水灌溉面積3659 hm2。范圍涉及胡莊、代莊、吳莊、黃王莊、東灣、劉莊、柿子園、碾子莊、朱莊、河?xùn)|、棗樹(shù)莊、徐莊、小寨、廟灣、大地、老崗、石北、石南、火色莊等19個(gè)自然村；沈樓行政村建設(shè)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田1677 hm2，工程實(shí)施后新增有效灌溉面積1174 hm2，改善有效灌溉面積503 hm2，其中新增節(jié)水灌溉面積1258 hm2。范圍涉及徐小莊、馬嶺、新莊、唐東、唐西、坡頭、泥沖等7個(gè)自然村組；黃畈行政村建設(shè)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田1932 hm2，工程實(shí)施后新增有效灌溉面積1352 hm2，改善有效灌溉面積580 hm2，其中新增節(jié)水灌溉面積1449 hm2。范圍涉及包括杏?xùn)|、杏西、下南、下北、前東、前西、劉東、黃南、黃中等9個(gè)自然村組。

5　工程設(shè)計(jì)

5.1渠道設(shè)計(jì)

后河灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積8487 hm2。灌區(qū)渠道淤積、坍塌等現(xiàn)象嚴(yán)重，本次典型設(shè)計(jì)擬對(duì)后河灌區(qū)干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠進(jìn)行疏浚并采用混凝土全斷面襯砌，以實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉。

5.1.1渠道設(shè)計(jì)流量的計(jì)算

根據(jù)桐柏縣農(nóng)田水利建設(shè)總體規(guī)劃和相關(guān)工程設(shè)計(jì)要求，干、支渠實(shí)行續(xù)灌，斗渠采用輪灌。輪灌一般分兩個(gè)輪灌組。設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式：

式中：Qn—灌溉渠道的設(shè)計(jì)流量（m3/s）；N—該渠道輪灌組數(shù)；—該渠道輪灌組平均灌溉面積（萬(wàn)hm2）；ηn—該級(jí)渠道輪灌至田間的灌溉水利用系數(shù)。

5.1.2渠道橫斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥罈l件和節(jié)約耕地的需要，干、支、斗渠采用矩形或梯形斷面，并進(jìn)行混凝土全斷面襯砌。渠道橫斷面設(shè)計(jì)按照明渠均勻流公式計(jì)算：

式中：Q—渠道設(shè)計(jì)流量，m3/s；A—渠道過(guò)水面積，m2；C—謝才系數(shù)；R—水力半徑，m；i—渠道比降。C—謝才系數(shù)，按曼寧公式計(jì)算：

其中：n—渠床糙率系數(shù)，取n=1.50×10-2。

有關(guān)參數(shù)選擇：①邊坡：在滿足渠道過(guò)流能力的條件下，原則上保持現(xiàn)有邊坡系數(shù)不變。②渠道比降：由于本次工程是原工程的配套，因此本設(shè)計(jì)保持原設(shè)計(jì)比降不變。③糙率：混凝土渠道n=1.50×10-2。④超高：渠道岸頂超高以加大流量水深按下式計(jì)算。

式中：Fb－岸頂超高，m；hb－渠道通過(guò)加大流量時(shí)的水深，m；Δh－渠道岸頂超高，m。

5.1.3渠道縱斷面設(shè)計(jì)

由于工程是灌區(qū)配套改造，且渠道經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行，目前不存在制約灌區(qū)引水的水位問(wèn)題。為了保證渠道所控制的灌溉面積都能進(jìn)行自流灌溉，規(guī)劃時(shí)根據(jù)原渠道沿線實(shí)際地面坡度、下級(jí)渠道分水點(diǎn)水位的要求、渠床土質(zhì)、設(shè)計(jì)流量等因素綜合確定。

5.1.4渠道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后河灌區(qū)干渠原渠道坍塌毀壞嚴(yán)重，輸水效率低下。為提高灌溉水利用率，結(jié)合原渠道現(xiàn)狀，本次工程干渠采用預(yù)制混凝土U型渠全斷面襯砌，U型渠壁厚10 cm；支、斗渠采用梯形斷面混凝土襯砌，襯砌厚8 cm；農(nóng)渠采用預(yù)制U型斷面，厚7 cm。渠頂上部設(shè)C20混凝土壓頂，壓頂寬度30 cm，厚度8 cm。沿渠道縱向每隔6 m設(shè)一伸縮縫，縫寬2 cm?？p內(nèi)填充閉孔低發(fā)泡沫板。

5.2水閘設(shè)計(jì)

5.2.1閘門(mén)水力設(shè)計(jì)復(fù)核

水閘的水力計(jì)算按淹沒(méi)、非淹沒(méi)寬頂堰計(jì)算過(guò)流能力確定閘孔寬度，并對(duì)閘后消能防沖進(jìn)行計(jì)算，使過(guò)閘水流能與下游渠道平順連接，避免造成沖刷。

5.2.1.1閘孔凈寬度計(jì)算

式中：B0—閘孔總凈寬，m；Q—過(guò)閘流量，m3/s；H0—計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上水深，m；g—重力加速度；m—堰流流量系數(shù)，可采用0.39；ε—堰流側(cè)收縮系數(shù)，可根據(jù)情況選用相應(yīng)側(cè)收縮系數(shù)計(jì)算；b0—閘孔凈寬，m；bs—上游渠道一半水深處的寬度，m；N—閘孔數(shù)；εz—中閘孔側(cè)收縮系數(shù)；dz—中閘墩寬度，m；εb—邊閘孔側(cè)收縮系數(shù)；bb—邊閘墩順?biāo)飨蜻吘?/p>

至上游河道水邊線之間的距離，m；σ—堰流淹沒(méi)系數(shù)，按照水閘設(shè)計(jì)規(guī)范表A.0.1-2選用；hs—由堰頂算起的下游水深，m；

5.2.2啟門(mén)力計(jì)算

閘門(mén)設(shè)計(jì)主要是在原有基礎(chǔ)上的設(shè)備更新和維修，本次設(shè)計(jì)只安排啟閉機(jī)更換及相關(guān)設(shè)備的更新。

5.2.2.1啟門(mén)力按下式計(jì)算

式中：FQ—啟門(mén)力，kN；nT—摩擦阻力的安全系數(shù)，取1.2；Tzd—支承摩擦力，Tzd=fzP；fz—滑動(dòng)支承摩擦系數(shù)，取0.65；P—閘門(mén)上的總水壓力，kN；Tzs—止水摩擦阻力，Tzs=fsPzs；fs—止水與止水座的滑動(dòng)支承摩擦系數(shù)，取0.65；Pzs—作用在止水上的水壓力，可從側(cè)止水和底止水的總長(zhǎng)度乘以止水橡膠作用的寬度，再乘以平均水壓力得出，kN；nG—計(jì)算啟門(mén)力和持住力的門(mén)重修正系數(shù)，取1.1；G—閘門(mén)活動(dòng)部分的自重，kN；Ws—作用在閘門(mén)上的水柱壓力，kN；

5.2.2.2閉門(mén)力按下式計(jì)算

式中：FW—閉門(mén)力，t；nG—計(jì)算閉門(mén)力的門(mén)重修正系數(shù)，取0.90。6結(jié)論

通過(guò)實(shí)施旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，桐柏縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件明顯改善：實(shí)現(xiàn)了節(jié)水增效，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)開(kāi)始向高附加值現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變?；緦?shí)現(xiàn)“旱能灌、澇能排”，達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件明顯改善、農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力明顯提高、抗御自然災(zāi)害能力明顯增強(qiáng)的效果；力爭(zhēng)通過(guò)旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，從根本上解決農(nóng)田水利建設(shè)長(zhǎng)期以來(lái)存在的“投入少、項(xiàng)目散、發(fā)展慢”問(wèn)題。

（責(zé)任編輯：左英勇）

收稿日期：2016-02-02

作者簡(jiǎn)介：許露予（1986-），女，工程師，主要從事水利工程施工與工程管理工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：S28

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8853（2016）03-0038-03