小型農(nóng)田水利工程之灌渠的設(shè)計問題探討

楊海星

摘 要：小型農(nóng)田水利建設(shè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的最基礎(chǔ)的條件，是實施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，健全的農(nóng)田水利建設(shè)體系和完善的管理措施，將很大程度上緩解自然災(zāi)害給人民群眾生活帶來的不便，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的損失。本文闡述了灌渠的斷面設(shè)計，通過人和東灌渠斷面水力計算的實例，更好地了解灌渠設(shè)計的步驟。

關(guān)鍵詞：水利工程；灌渠設(shè)計

農(nóng)田水利建設(shè)是農(nóng)業(yè)水利體系的重要內(nèi)容，也是農(nóng)業(yè)水利體系各級水利網(wǎng)絡(luò)中最直接惠澤百姓，并和老百姓生活、農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，農(nóng)業(yè)水利工程對存蓄降雨、調(diào)劑用水、保障和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。下面就小型農(nóng)田水利工程的灌渠設(shè)計進(jìn)行講解。

設(shè)計渠道，首先要確定渠道引水流量，然后進(jìn)行渠道的斷面設(shè)計，包括橫斷面設(shè)計和縱斷面設(shè)計。接著畫斷面圖，計算工程量，打概算，最后就是寫初設(shè)報告。

1 渠道引水流量的確定

渠道引水流量是灌區(qū)農(nóng)田灌溉凈流量和渠道損失流量的總和。它與河源水量大小、灌區(qū)內(nèi)部的水源條件、灌區(qū)作物種類、種植面積、農(nóng)田土質(zhì)、灌水定額、灌區(qū)氣候、渠道長短等因素有關(guān)。渠道引水量的計算：應(yīng)根據(jù)作物的灌溉制度及所控制的灌溉面積，按照同一時期不同作物同時用水量最多的情況計算，其計算公式如下：

Q=

渠系有效利用系數(shù)，是考慮渠道的滲漏和蒸發(fā)損失等因數(shù)的一個系數(shù)，一般干渠可采用 0.5～0.7；支渠采用 0.6～0.8；渠道襯砌時可提高到 0.8～0.9。

2 渠道設(shè)計

2.1 渠道水位高程的確定

渠道的水位高程，是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)地面參考點的高程和各級渠道的沿渠水頭損失確定的。沿渠水頭損失包括渠道比降損失和通過渠道建筑物的水頭損失。

2.2 渠道橫斷面設(shè)計

①渠道比降及渠道流速。渠道比降取決于渠道土質(zhì)、水流泥沙含量和灌區(qū)地面的坡度。渠道比降大，則流速大，通過一定流量所需的斷面小，節(jié)省土石方量，水頭跌落快，渠系控制的灌溉面積減少，容易沖刷渠床；如渠道比降過緩，流速過小，又會使渠道淤積，渠道輸水能力降低。因此渠道比降過大或過小都是不適宜的。為避免深挖高填，選擇渠道比降時，最好能使渠道與渠線所經(jīng)過的地面坡度大致相適應(yīng)。當(dāng)渠線經(jīng)過的個別地段，地面坡度較陡，渠道比降不能適應(yīng)時，可采用跌水、陡坡等聯(lián)接建筑物調(diào)整渠道比降，使渠線的絕大部分能適應(yīng)地形，減少挖填工程量。

②渠道邊坡。渠道通過巖石地段時，斷面可采用矩形，建在土基上的渠道多采用梯形斷面。渠道的邊坡一般用1∶m表示，1表示斜坡的垂直距離，m表示斜坡的水平距離叫邊坡系數(shù)。m越大邊坡越緩，m越小邊坡越陡，渠道斷面為矩形時m等于零。土渠邊坡應(yīng)根據(jù)土壤性質(zhì)決定。土質(zhì)堅硬邊坡可陡（m小），土質(zhì)松軟邊坡可緩（m大）。

③渠道超高。為保證行水安全，渠堤頂應(yīng)高出渠道最高水位一個高度△H，叫做渠道的超高。它與渠道級別、流量有關(guān)。

④渠堤頂寬。渠堤頂寬應(yīng)按照渠岸高度及流量大小而定，如堤頂不結(jié)合道路，堤頂寬可按下表選用。如渠堤與道路結(jié)合，道路一側(cè)的堤頂寬，應(yīng)按交通要求修筑。汽車路面寬度可采用5米；田間干道可采用1.5～2.0米。

3 人和東灌渠斷面水力計算實例

3.1 計算凈灌水率

根據(jù)原始資料，由于該灌渠處于 106 國道旁，周圍的農(nóng)作物又以種植蔬菜為主，人口、工業(yè)較多，故取該灌渠灌溉設(shè)計保證率為 90%。在此基礎(chǔ)上計算灌溉灌水率（即灌溉流量系數(shù)）。參照《廣州市白云區(qū)江河流域規(guī)劃報告書》灌區(qū)規(guī)劃部分計算成果，從中選取續(xù)灌時間T =10 天，最大灌水定額mmax=161.6mm。按照灌水率計算公式：

畝

計算凈灌水率畝

考慮該渠系斗、農(nóng)、毛渠均為土渠，所以選取渠系有效利用系數(shù) =0.65。

3.2 計算渠寬 b

根據(jù)原始資料，結(jié)合地形確定該灌渠的斷面為矩形。灌溉面積為7500畝。流量系數(shù)為1.95（m3/s）萬畝。查渠道糙率表查出漿砌石糙率n=0.025，混凝土糙率n=0.015，故該灌渠的糙率為。故計算出灌溉流量 Q=7500×1.95/10000=1.46m3/s。

用圖解法求渠寬b：假設(shè)h=1米

K=Q/ =1.46/ = 119.21

H2.67/nk=12.67/（0.0183×119.21）=0.458

查《水力學(xué)》上冊附錄，查相應(yīng)的 0.458及 m=0 時的 h/b=0.3。所以 b=1/0.3=3.333米；取 b'>b，b'=3.5米

3.3 校核渠道流速V

渠道流速V=Q/ω=Q/b'h=1.46/3.5×1=0.417m/s，此流速大于允許不淤流速0.3m/s，小于不沖流速2.2m/s，滿足要求。

4 渠道縱斷面設(shè)計

渠道縱斷面設(shè)計，一般是與橫斷面設(shè)計同時進(jìn)行。它包括：沿渠地面高程線、渠道正常水位線、渠道最低水位線、渠底高程線以及渠道堤頂高程線、分水口位置以及渠道建筑物設(shè)置等的內(nèi)容。渠道的縱斷面設(shè)計圖，首先是根據(jù)渠道的平面布置圖，按不同里程相應(yīng)的地面高程，在縱斷面圖上繪出地面高程線。然后參照水源或上一級渠道水位高程、沿渠底面坡降、各分水點所要求的水位高程，根據(jù)一定的比降（指渠底比降，與水力計算中所采用的水力比降i相同），繪出正常水位線。有了正常水位線，便可根據(jù)渠道的正常，繪出渠底高程線，接著按最小水深、加大水深和渠道超高，平行于渠底線向上繪出最低水位線、加大水位線和堤頂高程線。在滿足下一級渠道分水點所要求的水位高程前提下，在上一級渠道的地面坡度很陡或有突變之處，可以結(jié)合綜合利用的需要，具體選擇跌水和陡坡，并確定其高差及位置。上一級渠道向旁側(cè)分出水量時，除應(yīng)保證在正常流量下順利向下級配水外，還必須保證在最小流量時，也能滿足下級渠道引水的要求，這樣往往就需要修建節(jié)制閘。渠水通過沿渠的節(jié)制閘及其他渠道建筑物（如渡槽、倒虹管、涵洞等）的水頭損失，必須加以估算，并表達(dá)在縱斷面圖上。

5 結(jié)語

在灌渠的設(shè)計中，過水?dāng)嗝娉叽绲拇_定，主要是合理選定渠道斷面的邊坡、渠底底寬b、渠中水深h和超高ΔH。這些關(guān)系到灌溉效益、工程造價等問題，所以一定要深入現(xiàn)場，充分了解原始資料，才能計算出精確的引水流量，進(jìn)行合理的斷面設(shè)計。

（作者單位：安徽省安慶市花涼亭灌區(qū)管理局）