高安市港口支渠片灌區(qū)渠系工程設(shè)計(jì)研究

謝飛龍

（江西省高安市水利局，江西 高安 330800）

1 項(xiàng)目概況

高安市位于江西省的西北，錦北灌區(qū)為跨縣大型灌區(qū)，為江西省大型水源蓄引水灌溉工程之一。本項(xiàng)目的具體施工范圍為錦北灌區(qū)港口支渠灌片位于高安市汪家圩鄉(xiāng)的南部。錦北灌區(qū)港口支渠灌片的田地較為平整，集中連片，地表水和地下水非常豐富。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)水資源非常好，境內(nèi)有東干渠從南北穿過，渠線長12 km，東北部有中型水庫（碧山水庫），山塘水庫13座，總庫容2196 萬m3，渠道及水庫覆蓋項(xiàng)目區(qū)95%的農(nóng)田灌溉面積，水源及灌溉條件十分可觀。錦北灌區(qū)港口支渠灌片范圍涉及汪家圩鄉(xiāng)鎮(zhèn)燕溪村、官田村、竹山村、孫家村四個(gè)村，涉及3600 人，設(shè)計(jì)面積為0.54 萬畝，現(xiàn)有效灌溉面積為0.35 萬畝，本次項(xiàng)目建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積0.39 萬畝。

2 渠道布置形式

2.1 干（支斗）渠布置

在進(jìn)行骨干渠道的布設(shè)時(shí)，對(duì)于原有的旁山的渠道，則是選擇了維持原有的布置方式；對(duì)于方便施工的區(qū)域，根據(jù)實(shí)際施工條件進(jìn)行了裁彎取直改造。對(duì)于旁山渠道有截洪要求的，則按照相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)置了相應(yīng)的泄洪閘；對(duì)于渠線的布設(shè)，盡量做到短（線短）、直（順直規(guī)整）、半（半挖半填），同時(shí)要盡量避開險(xiǎn)工險(xiǎn)段。

斗渠大部分為新建，原田間的斗渠，順勢彎延，滿天星分布，排灌不分。此次設(shè)計(jì)在盡量沿用老渠道情況下，重新規(guī)劃斗農(nóng)渠，做到節(jié)水、高效、排灌分家，盡量地減少耕地占用。

2.2 渠道輸水形式

港口支渠片灌區(qū)的渠道采用的是支渠續(xù)灌，加上斗渠和農(nóng)渠進(jìn)行輪灌的方式。采用這種方式，一方面能夠有效地減少各部分渠道的輸水時(shí)間，從而增大輸水流量；另一方面能夠有效地降低渠道的輸水損失量，這樣也就會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)耕作和灌水工作之間的相互配合起到較為積極的促進(jìn)作用，在較大程度上提升整個(gè)渠道的灌溉效率。

2.3 渠溝布置

2.3.1 渠溝布置原則

1）在進(jìn)行渠道布置時(shí)，應(yīng)將其盡量地設(shè)置在地勢較高的位置，從而能夠滿足自流灌溉的要求。根據(jù)實(shí)際地勢情況，采用灌排相鄰布置或相間布置。

2）在場地布置2～3 級(jí)固定渠道，各級(jí)渠道應(yīng)保存相互垂直。

3）排水溝結(jié)合灌溉渠道和田間道路進(jìn)行布置，在地形平坦的地區(qū)宜采用與灌溉渠道相同的雙向排水形式，在傾斜平原地區(qū)宜采用與灌溉渠道相鄰的單向排水形式。

4）設(shè)置的每一級(jí)排水溝，需要結(jié)合實(shí)際地形，最大限度的做到自流排水。

2.3.2 渠溝布置設(shè)計(jì)

在線路選擇上，設(shè)計(jì)中灌排溝、渠采用的是相鄰布置，單向灌溉和單向排水，灌排方向一致。為了能夠利用自流進(jìn)行灌溉和排水，根據(jù)實(shí)際施工場地的地勢情況，將灌水渠設(shè)置在地勢較高的位置，排水溝則設(shè)置在較低的位置，最終確定為3 級(jí)固定渠道。干、支渠為進(jìn)入田間的一級(jí)渠道，斗渠為二級(jí)渠道，從垂直于支渠處進(jìn)行引水，并依靠地勢布設(shè)在較高的地勢處。農(nóng)渠盡量垂直斗渠布設(shè)，溝渠的間距根據(jù)田塊布置而定，標(biāo)準(zhǔn)間距為68 m，農(nóng)渠為田間最末一級(jí)固定渠道。排洪溝設(shè)計(jì)為主排洪溝、斗溝、農(nóng)溝（與農(nóng)渠結(jié)合使用）三級(jí)排水溝，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)斗溝除了承接項(xiàng)目區(qū)內(nèi)大部分田塊排水之外，還承接項(xiàng)目區(qū)周邊農(nóng)田余水的排泄。斗溝依地勢根據(jù)排水位置布設(shè)在較低處，農(nóng)溝盡量垂直于斗溝布設(shè)。田間各級(jí)渠道的長度與相應(yīng)級(jí)別排水溝的長度對(duì)應(yīng)一致。通過設(shè)計(jì)分析，在本項(xiàng)目區(qū)末級(jí)固定渠道（斗渠）長度宜在100 m～300 m 之間，間距120 m。

3 渠系工程設(shè)計(jì)要求

3.1 渠道設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行渠道的斷面設(shè)計(jì)時(shí)，要進(jìn)行合理實(shí)用，盡可能使縱坡與地形相接近，從而減少土地使用面積，減少填挖量，節(jié)約工程成本。進(jìn)行渠道設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮襯砌防滲，從而保證渠道的利用率，減少水的浪費(fèi)。渠道流速的設(shè)計(jì)應(yīng)該以不淤流速進(jìn)行合理計(jì)算，為了能夠避免上一級(jí)渠道的淤積，斗渠的引水口設(shè)計(jì)盡量與支渠的渠底保持一致，同時(shí)也有利于水、沙的利用。支渠和斗渠的設(shè)計(jì)水面高出地面的范圍控制在0.2 m～0.3 m；農(nóng)渠水位比地面高出0.1 m～0.2 m。

3.2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

項(xiàng)目中的渠道襯砌斷面優(yōu)先選擇了U 型槽襯砌，其主要作用一方面是為了減少渠道水滲漏的損失，同時(shí)提升渠道水系的利用效率，并便于控制地下水位的上升，防止土壤沼澤化和次生鹽堿化等情況的發(fā)生；另一方面則是能夠減小渠道的粗糙度，從而能夠有利于水流的流動(dòng)，避免渠道產(chǎn)生淤積，同時(shí)能夠避免雜草的生長，從而節(jié)省清淤等部分的成本。各種襯砌形式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1 所示。

表1 各種襯砌形式的相關(guān)情況比較表

港口支渠過村莊周邊，開挖量不易過大，宜選用矩形斷面，可以采用現(xiàn)澆C15 混凝土和磚砌，現(xiàn)澆C15 混凝土每米造價(jià)高于磚砌每米造價(jià)，綜合考慮選用了磚砌斷面形式；泉塘干渠（0+000～0+250）土質(zhì)較差，地基軟弱，并且回填土難以保證質(zhì)量，故選用了磚砌；泉塘干渠（0+438～1+125）通過山腳邊，土壤組成多為礫石，開挖難度大，斷面不易過大，從經(jīng)濟(jì)角度考慮選用了磚砌。

孫家排灌渠（0+000～0+120）位于鄉(xiāng)村道路旁，渠道斷面不宜過大，選用了現(xiàn)澆C15 混凝土(矩形斷面)；徐家支渠（0+000～0+400、0+740～0+840）在山體附近，開挖難度大，從經(jīng)濟(jì)和耐久性考慮選用現(xiàn)澆C15 混凝土(矩形斷面)；朱家支渠（0+000～0+336）土質(zhì)較差，地基軟弱回填土難以保證質(zhì)量，采用了現(xiàn)澆C15 混凝土(矩形斷面)；

徐家支渠（0+400～0+740、0+840～1+361），泉塘支渠（0+250～0+438、1+125～1+532）、熊家斗渠（0+000～0+583）邊坡地質(zhì)條件較好，邊坡較緩，采用矩形斷面則土方回填較大，從經(jīng)濟(jì)考慮選用了預(yù)制混凝土(梯形斷面)。各斷面形式如下圖1、圖2、圖3 所示。

圖1 U 型槽斷面

圖2 矩形斷面

圖3 梯形斷面

3.3 渠道縱斷面設(shè)計(jì)

在進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目中所要治理的渠道的相應(yīng)的高程進(jìn)行放線測量，根據(jù)各渠的分水口的相應(yīng)的高程情況，進(jìn)行確定渠道的縱坡度。

在進(jìn)行渠道的設(shè)計(jì)水面線推算時(shí)，需要對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行控制，放水口進(jìn)田水深不小于10 cm；續(xù)灌渠道應(yīng)按規(guī)范要求計(jì)算加大流量，流量加大系數(shù)取1.3；設(shè)計(jì)凈灌水率取0.6 m3/s·萬畝；渠道不完全襯砌渠系則針對(duì)不同的功能采用不同的系數(shù)值，農(nóng)渠采用0.93，斗渠采用0.88，支渠采用0.83，干渠采用0.78；田間水利用系數(shù)取0.95。

在進(jìn)行渠道的挖方渠岸和填方的堤頂設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一定的安全超高，在設(shè)計(jì)時(shí)，綜合了以往的工程經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)情況，對(duì)于支渠和斗渠的相關(guān)渠道的安全超高一般設(shè)置為0.15 m，農(nóng)渠的安全超高則設(shè)置為0.1 m，排灌渠安全超高取0.2 m。

圖4 港口支渠縱斷面示意圖

4 渠道要求的水位控制高程及縱斷面水位銜接

4.1 渠道水位高程控制

在進(jìn)行渠道進(jìn)水口的水位設(shè)計(jì)時(shí)，要將支渠的分水口的運(yùn)行水位進(jìn)行綜合的考慮，將田間的灌水水頭作為整個(gè)渠道末點(diǎn)的計(jì)算高度，然后將各部分控制點(diǎn)的高程按照從下往上的方式進(jìn)行推算。渠道放水口的設(shè)計(jì)高程的確定要綜合考慮自流灌溉，保證各部分控制灌溉面積均能夠滿足要求。

4.2 渠道縱斷面的水位銜接

本項(xiàng)目的渠系工程在進(jìn)行各區(qū)段的水位銜接時(shí)，選用了不改變水流深度只改變斷面的連接形式，這樣能夠最大程度的確保引水水位的穩(wěn)定性。在與沿途的渠道建筑物連接上，需要將水流通過各部分建筑物時(shí)所產(chǎn)生的損失考慮在內(nèi)，從而能夠有效的避免水流速度變慢，沉積泥沙等情況的發(fā)生；綜合考慮之后，對(duì)于可能給會(huì)出現(xiàn)較大水頭損失的建筑物，可以設(shè)計(jì)出多余的損失余量，從而能夠保證各部分的順利連接。

在進(jìn)行上下級(jí)渠道水位的銜接設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量地減少泥沙的淤積，可以允許一定量的沙進(jìn)入到農(nóng)田，從而能夠改善土壤性質(zhì)，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一方面需要能夠滿足下級(jí)渠道的引水需要，另一方面要能夠保證下級(jí)渠道的引水口底部高程與上級(jí)渠底高程一致。在斗渠設(shè)計(jì)時(shí)，按照設(shè)計(jì)流量進(jìn)行取水，如果通過的流量為最小值，則對(duì)取水會(huì)帶來不利的影響，需要在斗渠上進(jìn)行設(shè)置節(jié)制閘，通過節(jié)制閘來進(jìn)行控制水位，通常情況下，一個(gè)節(jié)水閘能夠滿足2～4 個(gè)農(nóng)渠口的取水要求。

5 小結(jié)

做好農(nóng)田水利渠系工程的設(shè)計(jì)工作是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田灌溉的重要方面，同時(shí)也會(huì)直接影響整個(gè)農(nóng)田水利工程的利用性能。本文主要對(duì)高安市港口支渠片灌區(qū)的渠系工程設(shè)計(jì)的原則進(jìn)行分析，并對(duì)具體的渠道截面設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，根據(jù)實(shí)際施工條件以及相關(guān)規(guī)范，對(duì)整個(gè)片區(qū)的各部分銜接高程進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，從而確保了整個(gè)項(xiàng)目的順利實(shí)施，整個(gè)項(xiàng)目灌溉面積達(dá)0.39 萬畝，帶來了較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。