灌區(qū)改造工程渠道橫斷面設(shè)計(jì)

□易鵬（新疆伊犁州喀什河流域管理處）

灌區(qū)改造工程渠道橫斷面設(shè)計(jì)

□易鵬（新疆伊犁州喀什河流域管理處）

喀什河下游灌區(qū)位于伊犁河北岸，東起白石墩，西至霍城縣惠遠(yuǎn)鎮(zhèn)的沙爾布拉克溝，北連伊寧縣、霍城縣灌區(qū)，南臨伊犁河。灌區(qū)包含伊寧市、霍城縣、伊利縣兩縣一市，灌區(qū)東西長(zhǎng)90 km，南北平均寬18.50 km，總面積為1468.70 km2。文章結(jié)合喀什河下游灌區(qū)改造工程實(shí)際情況，探討了灌區(qū)改造工程橫斷面設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，包括渠道不沖不淤流速、水力最佳斷面、實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的確定，以及渠道水力要素的計(jì)算，以期為類(lèi)似工程提供借鑒。

灌區(qū)；渠道；橫斷面設(shè)計(jì)；水力最佳斷面

1 灌區(qū)概況

灌區(qū)為喀什河和伊犁河北山溝水系的山前沖洪積傾斜平原，地形較平坦，地勢(shì)東高西低，地面縱坡1/500～1/2 500，海拔高程534～850 m，河流縱橫、水系發(fā)達(dá)，灌區(qū)內(nèi)制備覆蓋率較高。灌區(qū)屬溫帶大陸性半干旱氣候，根據(jù)伊犁氣象站統(tǒng)計(jì)資料，自東至西年降水量337～148mm，年蒸發(fā)量1 600～2 117 mm，年平均氣溫8.30～9.90℃，年最高氣溫出現(xiàn)在7月，為37.90℃，最低氣溫出現(xiàn)在1月，為-40.40℃。無(wú)霜期160 d左右，年日照時(shí)數(shù)2 700～2 800h。

2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 確定渠道邊坡系數(shù)

渠道邊坡系數(shù)是反映渠道邊坡穩(wěn)定程度的參數(shù)指標(biāo)，其取值根據(jù)土質(zhì)、挖填深度和水深等參數(shù)的不同而變化，在原渠道邊坡穩(wěn)定情況的基礎(chǔ)上確定本工程渠道內(nèi)邊坡系數(shù)為1:1.75，外邊坡系數(shù)為1∶1.50。

2.2 確定渠道不沖不淤流速

在保證渠床穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)流量時(shí)渠道的平均流速v必須滿足如下要求：

2.2.1 渠道不沖流速

影響喀什河下游灌區(qū)渠道不沖流速的因數(shù)主要有渠床抗沖強(qiáng)度、水流含沙量、渠道斷面水力要素等，擬改建的渠道工程均為現(xiàn)澆混凝土板與漿砌石襯砌，按照《渠道防滲工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL18-2 004）的相關(guān)要求，現(xiàn)澆混凝土板與漿砌石所允許的不沖流速均不超過(guò)5 m/s，在此前提下可以求得干渠設(shè)計(jì)流速＜v不沖。

2.2.2 渠道不淤流速

影響喀什河下游灌區(qū)渠道不淤流速的因素主要包括渠道含沙量、泥沙粒徑、斷面水力要素等，結(jié)合《水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》所規(guī)定的已知流量與土質(zhì)情況下的簡(jiǎn)化公式便可計(jì)算出喀什河下游灌區(qū)渠道不淤流速。

式中：A為系數(shù)，按照《水力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》，取A=0.33；Q為渠道運(yùn)行最小流量（m3/s）。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，便可求得喀什河下游灌區(qū)各段渠道不沖不淤流速情況。具體見(jiàn)表1。

表1 喀什河下游灌區(qū)團(tuán)結(jié)渠渠道不沖不淤流速情況表

經(jīng)計(jì)算，干渠設(shè)計(jì)流速＞v不淤，而＜v不沖，完全符合要求。

2.3 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

2.3.1 水力最佳斷面和實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面

渠道橫斷面設(shè)計(jì)既影響渠道本身的工程量，又關(guān)系到相關(guān)建筑物的工程量和投資，渠道最佳斷面主要根據(jù)工程地質(zhì)條件及施工規(guī)范所規(guī)定的不沖不淤要求確定。梯形斷面是常見(jiàn)的一種水力斷面型式，占地少、施工過(guò)程簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠，本工程主要選用窄深式水力斷面作為實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面，其水深與底寬可以適應(yīng)各種情況，且能基本滿足水力最佳斷面的要求。

2.3.2 渠道水力要素

假設(shè)渠道設(shè)計(jì)流量、比降及糙率相同的情況下，不同型式的渠道斷面所要求的輸水能力、工程量、施工程序及斷面的穩(wěn)定程度等各不相同。本工程梯形渠道水力最佳斷面水力要素的計(jì)算公式如下：

式中：h0為水力最佳斷面水深（m）；n為渠床糙率；Q為渠道設(shè)計(jì)流量（m3/s）；m為渠道內(nèi)邊坡系數(shù)；i為渠底比降；b0為水力最佳斷面底寬（m）；A0為水力最佳斷面的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）；x0為水力最佳斷面濕周（m）；R0為最佳水力半徑（m）；V0為最佳斷面流速（m/s）。根據(jù)上式的計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 喀什河下游灌區(qū)團(tuán)結(jié)渠渠道水力要素計(jì)算結(jié)果表

由《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99）中附錄H，表H.0.3查出與α=1.00、1.01、1.02、、1.03、1.04相應(yīng)的h/h0值，以及與α、m相應(yīng)的β值，分別按下述公式計(jì)算相應(yīng)的h、b及v、A、R值

表4 喀什河下游灌區(qū)團(tuán)結(jié)渠渠道經(jīng)濟(jì)斷面水深計(jì)算表

式中：α—水力最佳斷面流速與實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面流速比值；h—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面水深；V—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面流速；A—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；X—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面濕周（m）；R—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的水力半徑；b0—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面底寬；β—實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面底寬與水深的比值。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

3 結(jié)論

在進(jìn)行喀什河下游灌區(qū)改造工程渠道橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)，Q設(shè)=8.50 m3/s，Q加=10.60 m3/s，b0=7.78×10-1是水力最佳斷面，設(shè)計(jì)水深為0.93 m，加大水深為1.05 m，水深大而底寬小，屬于窄深式渠道結(jié)構(gòu)，這種渠道對(duì)填方渠道的穩(wěn)定性要求較高，填方量與投資要求較高，為此必須從實(shí)際出發(fā)，保證斷面經(jīng)濟(jì)實(shí)用，節(jié)省投資，以此保證灌區(qū)改造工程安全運(yùn)行。

表3 工5組α、h/h0、β、hb0VAXR值計(jì)算成果表

［1］張小燕，王子堅(jiān).新戶坪水庫(kù)放水干渠渠道橫斷面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題［J］.陜西水利，2013（1）.

［2］周春霞.梯形灌溉渠道橫斷面設(shè)計(jì)分析［J］.黑龍江水利科技，2013（4）.

［3］黎偉萍.灌區(qū)渠道斷面設(shè)計(jì)參數(shù)的選取方法［J］.中國(guó)西部科技，2010（1）.

TV91

B

1673-8853（2017）03-0042-02

2017-1-5

編輯：左英勇

易鵬（1980.3-），工程師，主要從事水利工程建設(shè)管理、水利工程施工與設(shè)計(jì)工作。