基于水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的水庫渠道設(shè)計

葉云濤

（廣東惠州市華禹水利水電工程勘測設(shè)計有限公司，廣東 惠州 516000）

在水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下，實(shí)現(xiàn)灌溉效益最大化已經(jīng)成為水庫渠道設(shè)計的重點(diǎn)內(nèi)容，在當(dāng)前水資源日益緊張的大環(huán)境下，基于水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)做好水庫渠道設(shè)計更具有實(shí)際意義。但是在實(shí)際上，水庫渠道設(shè)計并不是一蹴而就的，其中涉及到很多內(nèi)容，并且不同參數(shù)都會對渠道設(shè)計的最終質(zhì)量產(chǎn)生影響，應(yīng)被重點(diǎn)關(guān)注。

1 水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對水庫渠道設(shè)計的影響

在水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)下，水庫渠道設(shè)計有了具體的要求，就是要實(shí)現(xiàn)灌溉效益最大化，而這一點(diǎn)主要集中體現(xiàn)在三個方面：①渠道設(shè)計應(yīng)該與預(yù)期目標(biāo)結(jié)合在一起，從農(nóng)業(yè)灌溉、生活用水等多個角度進(jìn)行分析，確保設(shè)計方案的合理性[1]。②水庫設(shè)計應(yīng)該以當(dāng)?shù)厮?guī)劃為核心，所以水庫渠道應(yīng)該在不影響當(dāng)?shù)刈匀簧鷳B(tài)平衡的基礎(chǔ)上合理使用水資源，提高水庫本身的環(huán)境效益。③水庫渠道并不是單一的，而是要與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況相結(jié)合，例如與當(dāng)?shù)氐姆篮轶w系銜接在一起，確?？梢酝ㄟ^渠道設(shè)計來有效解決當(dāng)?shù)睾闈硢栴}[2]。

綜上所述，水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對水渠渠道設(shè)計的影響是多方面的，這也決定了在水庫渠道設(shè)計中必須要充分考慮多方面要素，以便讓水庫渠道發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2 案例簡介

某水庫位于當(dāng)?shù)匚鱾?cè)，距縣城4.3 km，附近有省道穿越，因此工程對外交通方便。該河流全流域面積336.2 km2，河流長度402.1 km，多年平均徑流量17735×104m3。

在水庫渠道設(shè)計前，相關(guān)人員對水庫周圍的地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，該水庫渠道沿線基礎(chǔ)為石基、土基，其中石基主要分布在順巖層走向與傾向方向的山腳位置，土基主要分布于臺地、洼地與成片的耕地位置。地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)刂饕獛r層為砂頁巖、白云巖、頁巖、泥灰?guī)r等，其中渠道線的60%為硬巖，40%為軟巖。

3 水庫渠道設(shè)計

3.1 渠道線路布置

根據(jù)水庫設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在該水庫渠道設(shè)計過程中的渠道線路布置思路為：①盡可能布置在灌區(qū)的脊線位置，爭取獲得最理想的自流灌溉面積；②渠道線路應(yīng)該盡可能的避開不良地質(zhì)，來達(dá)到保證水流效果、降低造價的目的；③盡量保證渠道線路與河流、公路等正交，這樣才能有效控制渠系建筑物長度；④渠道線路設(shè)計與當(dāng)?shù)胤篮橄到y(tǒng)相結(jié)合。

因此根據(jù)上述思路，該水庫在渠道設(shè)計中，渠道線路的布置主要是在依靠現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上完成的，尤其是在跨越公路時，充分利用了公路橋涵，并且在滿足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，盡可能的使用了倒虹管來獲取更理想的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 確定渠道流量

該水庫的灌溉面積為0.775×104hm2，根據(jù)水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，超過萬畝灌溉面積的渠道應(yīng)該采用連續(xù)灌渠道的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，并通過增加系數(shù)選取要求的方法，確定渠道的加大流量系數(shù)。因此在該水利工程中，其最小流量被嚴(yán)格控制在設(shè)計水深的70%范圍內(nèi)，所以在具體操作中，需要嚴(yán)格按照水文提供的不同渠道引用流量來確定加大流量、最小流量等，保證渠道流量水平理想。對該水庫的不同樁號觀測點(diǎn)的流量情況進(jìn)行統(tǒng)計，相關(guān)資料見表1。

表1 渠道流量結(jié)果資料表 單位：m3/s

3.3 縱坡與糙率設(shè)計

在該水利工程項目中，根據(jù)水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在渠道橫斷面設(shè)計過程中需要考慮到灌面分布高程的問題，因此在縱坡設(shè)計階段，需要嚴(yán)格按照工程規(guī)模來確定走向高程。根據(jù)這種要求，本文在灌區(qū)渠道設(shè)計中，重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：①縱坡盡可能放緩，來達(dá)到控制水頭損失的目的，并考慮渠尾的灌溉需求；②對于地形坡度相對陡峭的渠段，在縱坡設(shè)計中需要做好放陡并控制開挖量。

基于上述要求，并在考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的基礎(chǔ)上，再加之本水利工程的灌區(qū)渠道為清水渠道（清水渠道容易出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象）[3]，針對這種情況，在設(shè)計階段將比降控制在理想水平下，考慮工程量做好逐級規(guī)劃。綜合上述考慮，本次工程中的干渠縱坡為1/2000，支渠縱坡為1/1000與1/2000兩種規(guī)格，均采用混凝土防滲的方法，渠道糙率系數(shù)為0.015。

3.4 渠道不沖流速設(shè)計

在本項目中，渠道按加大流量設(shè)計計算要求，將流速控制在0.915 m/s～1.025 m/s的范圍內(nèi)，且不沖流速設(shè)計滿足《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)要求。同時根據(jù)該設(shè)計規(guī)范，本次水庫渠道設(shè)計中的連續(xù)渠道最低控制水位根據(jù)最小流量標(biāo)準(zhǔn)來確定，且渠道中最小水深應(yīng)該大于等于設(shè)計水深的70%，并根據(jù)“最小流量演算渠道的不淤流速”的要求計算。因此基于上述條件，再考慮到本渠道為清水渠道，采用混凝土防滲方法，所以在不沖流速設(shè)計中，確定流速大于等于0.5 m/s，且不同渠道的具體流速參數(shù)都有具體的要求。

3.5 渠道斷面設(shè)計

考慮到本水庫的灌區(qū)特征，再加之上文對渠道具體參數(shù)的設(shè)計，因此在渠道斷面設(shè)計中，采用矩形斷面的方法，根據(jù)水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，對其中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行確定。

渠道均勻流量確定：

式中：Q代表渠道的設(shè)計流量，m3/s；C代表謝才系數(shù)；R代表水力半徑，m；i代表渠道縱坡；A代表渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2；n代表渠道的糙率系數(shù)，根據(jù)上文取值為0.015。

在渠道設(shè)計階段，超高根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容，在加大流量30%后的水深1/4加上0.2 m得出。

在原材料選擇過程中，盡可能保留渠道沿線的地質(zhì)特征，因此可以使用天然建筑材料。所以在渠道設(shè)計階段，設(shè)計人員根據(jù)土基段、墻體、底板特征，采用C15毛石砼砌筑方法，并具有一定的防滲效果；在巖基段施工階段，采用F50W4混凝土（200 mm）襯護(hù)，并且在渠道每隔8.0m位置或者基礎(chǔ)發(fā)生改變的情況下設(shè)置一條橫向縫。

3.6 渠道陡坡地段處理

在渠道設(shè)計中，針對坡度對渠道的影響，若采用傳統(tǒng)的渠道設(shè)計方法會增加工程量，水流量效果無法得到保證。針對此種情況，結(jié)合本水庫的地形特征，采取針對性的設(shè)計方案：（1）由于本水庫的干渠設(shè)計確定渠頂寬為0.4 m，在這種規(guī)格下若出現(xiàn)陡坡，則渠道外側(cè)無法通行，會增加渠道管理難度。針對此類地形，在渠道設(shè)計中采用C25鋼筋砼蓋板覆蓋的方法，不僅能夠滿足人員通行與后期管理的要求，也能避免坡面物體墜落而破壞渠道的問題。（2）對于土基段渠道設(shè)計，若邊坡較高，則采用貼坡式M7.5漿砌石擋墻護(hù)坡，其坡度要求為0.7～0.75，厚度為35 cm～40 cm，在墻后增設(shè)φ50排水孔。

4 結(jié)論

在水庫渠道設(shè)計中，水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮著重要作用，本文案例的渠道設(shè)計充分結(jié)合項目所處環(huán)境，并依照水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定了其中的關(guān)鍵內(nèi)容，達(dá)到了提高渠道設(shè)計質(zhì)量的目的。由此可見，在未來水庫渠道設(shè)計中，需要充分考慮水利設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的要求，充分、切實(shí)保證水庫渠道設(shè)計質(zhì)量。