水庫(kù)灌區(qū)的渠系布置和渠系建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
——以遵義市湄潭縣關(guān)坎腳水庫(kù)為例

趙仁露

(安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001)

渠系以及渠系建筑物的設(shè)計(jì)是水庫(kù)工程建設(shè)過(guò)程中需要考慮的重要因素之一，隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)問(wèn)題的重視以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理念的深化，對(duì)我國(guó)水庫(kù)灌區(qū)灌溉提出了較高的要求。要求能夠充分結(jié)合工程的地質(zhì)條件、現(xiàn)有情況等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

一、水庫(kù)灌區(qū)工程概況

關(guān)坎腳水庫(kù)具有容622萬(wàn) m3水庫(kù)總庫(kù)容、590萬(wàn) m3正常蓄水位庫(kù)容，地處湄潭縣洗馬鄉(xiāng)雙河村，屬于小型水庫(kù)。工程的主要目的是灌溉，服務(wù)于灌區(qū)內(nèi)5 000頭牲畜以及4 500口人。具有2.195 m3/s的最大引水流量，能夠達(dá)到826萬(wàn) m3灌溉用水、16.6萬(wàn) m3人飲用水，共計(jì)842.6萬(wàn) m3年總供水量，工程等級(jí)為Ⅳ。關(guān)坎腳水庫(kù)灌區(qū)屬于典型的山區(qū)地帶，行政地理范圍為湄潭縣洗馬與馬山，具有較為深切的河谷。灌區(qū)渠道沿著當(dāng)?shù)厣絽^(qū)布置，具有840～945 m高程，為自流灌溉。包括土基、巖基等土層形式，其中土基部分多穿過(guò)臺(tái)地、洼地、槽谷、耕地等，具有洼地、溶蝕峰叢、中低山丘陵、槽谷、等地貌形式。具有硬巖與軟巖分布形式，分別占比70 %、30 %。兩者相間分布，在渠道布置過(guò)程中要求切實(shí)結(jié)合當(dāng)?shù)貛r層分布情況，有效避免了其中出現(xiàn)一些不良的地質(zhì)現(xiàn)象。

二、水庫(kù)灌區(qū)工程渠系布置

該水庫(kù)灌區(qū)在渠系布置層面上堅(jiān)持合理配置、適度開(kāi)發(fā)、注重保護(hù)、綜合利用、注重節(jié)約的設(shè)計(jì)原則，在制水上堅(jiān)持先節(jié)水、后飲水、先治污、后通水的原則，在進(jìn)行有效的生態(tài)資源保護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效治水。關(guān)坎腳水庫(kù)在渠系布置層面上充分結(jié)合當(dāng)?shù)啬壳八O(shè)施的建設(shè)情況、水土資源的分布情況以及地形地貌特征進(jìn)行。水庫(kù)灌區(qū)具有2 762 hm2控制灌溉面積，灌區(qū)主要包括湄潭縣洗馬、馬山，沿著山系分布情況進(jìn)行灌溉渠道布置，建立了自流灌溉體系，具有渠高田低的分布特征。在灌區(qū)建設(shè)過(guò)程中充分發(fā)揮管道灌溉以及渠道灌溉自身的優(yōu)勢(shì)，考慮到水庫(kù)建設(shè)過(guò)程中的工程施工情況、水庫(kù)建設(shè)效益以及運(yùn)行管理等多種層面，干渠輸水采取渠道輸水方式，運(yùn)用渠道與管道結(jié)合的方式進(jìn)行支渠設(shè)計(jì)。

從經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)條件以及工程施工難易程度等多個(gè)層面進(jìn)行工程設(shè)計(jì)與施工，在灌區(qū)渠系設(shè)計(jì)上包括總干渠、洗馬干渠、團(tuán)林干渠。設(shè)計(jì)與布置較為合理，取得了良好的設(shè)計(jì)效果。防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件進(jìn)行，包括地形、氣候、地下水、土質(zhì)等因素，在耐久性、防滲標(biāo)準(zhǔn)、渠道大小以及輸水方式的設(shè)計(jì)上要求能夠符合工程設(shè)計(jì)的要求，考慮到現(xiàn)有地表水、水資源條件以及地下水的實(shí)際情況進(jìn)行渠系規(guī)劃與設(shè)計(jì)，充分考慮到多種生態(tài)環(huán)境因素以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等，包括當(dāng)?shù)氐牟牧蟻?lái)源、土地利用情況、機(jī)械設(shè)備的供應(yīng)情況、能源情況、勞動(dòng)力情況等，對(duì)此進(jìn)行充分、全面而綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。

表1 灌溉管道水力計(jì)算表

在防滲結(jié)構(gòu)的選擇上，要求堅(jiān)持就地取材、因地制宜的原則，具有良好的防滲漏效果，最大滲漏量應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制在規(guī)定數(shù)值之內(nèi)。具有良好的性能，使用壽命較長(zhǎng)。具有較強(qiáng)的防淤泥抗沖能力以及輸水能力。工程施工操作較為便捷，具有較高的工程施工質(zhì)量。便于對(duì)工程進(jìn)行維修管理，具有較為合理的價(jià)格。設(shè)置渠道邊坡，采用1∶1的外坡比例，1∶0.5的內(nèi)坡比例，局部邊坡由于倒塌而出現(xiàn)一些變形現(xiàn)象，要求對(duì)此進(jìn)行及時(shí)修整。按照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)挖、填方渠道邊坡系數(shù)以及排水溝邊坡系數(shù)，要求能夠切實(shí)符合工程的使用需要。確定防滲襯砌形式與糙率n。本次工程中灌區(qū)的渠道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的運(yùn)用之后均出現(xiàn)不同程度的損壞現(xiàn)象。部分溝渠具有較大的滲漏量，具有較低的渠系水利用系數(shù)，要求對(duì)這一現(xiàn)象及時(shí)改善，對(duì)需要改造的渠道進(jìn)行有效的襯砌處理?？刹捎矛F(xiàn)澆混凝土的實(shí)施方案。設(shè)置15 cm的C20混凝土襯砌厚度。該種形式具有較廣的使用范圍，具有較好的耐久性，能夠達(dá)到較好的防蟲(chóng)防滲效果。具有30～50年的使用年限。具有較好的整體性，經(jīng)久耐用，維修成本較低。

三、水庫(kù)灌區(qū)渠系建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

渠系建筑物結(jié)構(gòu)包括渠道、輸水管、隧洞襯砌、灌區(qū)倒虹管等的布置。

(一) 設(shè)計(jì)渠道貴州山區(qū)具有較為復(fù)雜的地形，要求加強(qiáng)渠道設(shè)計(jì)，結(jié)合渠道的流量設(shè)計(jì)渠道斷面內(nèi)邊坡、縱坡以及糙率等。本次工程施行過(guò)程中支渠、團(tuán)林干渠、總干渠、洗馬干渠坡降均設(shè)置1∶2 000的比例，運(yùn)用C15混凝土進(jìn)行防滲處理，采用n=0.015的渠道糙率。設(shè)計(jì)2 107 hm2的灌溉面積，結(jié)合加大流量設(shè)計(jì)過(guò)水?dāng)嗝娴某叽?，要求?yán)格按照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，設(shè)置1.30加大系數(shù)，按照續(xù)灌方式設(shè)計(jì)上萬(wàn)畝灌面。最小流量要求按照高于或者等于70 %水深進(jìn)行。

(二) 設(shè)計(jì)輸水管關(guān)坎腳水庫(kù)灌區(qū)工程輸水管材可選擇UPVC管、玻璃鋼夾砂管、PE管、PCCP管、球墨鑄鐵管、鋼管等類型。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中,要求結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓芫€布置地質(zhì)條件以及使用條件設(shè)置管道直徑等相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到管道安裝、運(yùn)行、維護(hù)以及多方面的經(jīng)濟(jì)性因素，本次工程設(shè)計(jì)中采用了球墨鑄鐵管輸水方式。首先計(jì)算水力。結(jié)合《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行水力計(jì)算。結(jié)合管線布置長(zhǎng)度與流量，進(jìn)行水損計(jì)算，見(jiàn)下表1。運(yùn)用球墨鑄鐵管輸水方式，將明管鋪設(shè)與地下埋管綜合運(yùn)用，埋管埋深要求大于等于0.7m，在農(nóng)田、道路埋管過(guò)程中要求大于等于1.0m，將自動(dòng)進(jìn)排氣閥布置在管道凸起位置處，將放(排)水閥進(jìn)行沿線布置，將鎮(zhèn)墩布置在管道的縱向轉(zhuǎn)折以及管道平面位置處。

(三) 布置隧洞襯砌隧洞襯砌采用無(wú)壓隧洞的支護(hù)方式，先將III類圍巖段開(kāi)挖成型，III類圍巖段運(yùn)用C15混凝土進(jìn)行側(cè)墻與底板的襯砌，設(shè)置0.2 m厚度，頂拱不用支護(hù)。IV類圍巖段同樣運(yùn)用C15混凝土進(jìn)行側(cè)墻與底板的襯砌，設(shè)置0.2 m厚度，頂拱以噴C20混凝土進(jìn)行支護(hù)，設(shè)置0.1 m厚度，運(yùn)用瀝青砂漿進(jìn)行縫內(nèi)填縫。

(四) 布置灌區(qū)倒虹管關(guān)坎腳水庫(kù)灌區(qū)工程建設(shè)中在洗馬干渠設(shè)置7座倒虹管，團(tuán)林干渠有14座，共計(jì)21座倒虹管。均運(yùn)用的是預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。倒虹管指的是工程建設(shè)過(guò)程中在穿越低洼分水嶺、山溝以及河流過(guò)程中的建筑物。設(shè)計(jì)過(guò)程中要求綜合考慮工程實(shí)際難度以及工程所需投資情況，同時(shí)充分結(jié)合了以往工程的實(shí)施情況,在倒虹管的進(jìn)口位置設(shè)置了沉沙池、攔污柵以及閘門(mén)。在較為低洼位置處設(shè)置沖沙兼放空閥，為了避免出現(xiàn)污物反流回?cái)r污柵現(xiàn)象，要求同時(shí)在出口位置設(shè)置攔污柵，采用工人直接清潔的清潔方式。采用了漸變段的銜接方式。進(jìn)口漸變段設(shè)置了上游渠道水深的3～5倍，出口漸變段則設(shè)置下游水深的4～6倍。將排氣閥、自動(dòng)進(jìn)閥設(shè)置在管道凸起位置處，運(yùn)用混凝土剛性管座的設(shè)計(jì)方式。針對(duì)低洼地帶以及小溪溝采用埋管敷設(shè)方式，跨河位置處則采用管橋明管跨越或者漿砌石支墩方式，將支墩基礎(chǔ)布置在砂卵礫石層或者基巖之上。嚴(yán)格按照《貴州省小型渠系建筑物定型設(shè)計(jì)》中的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)放水沖砂孔、管道接頭、進(jìn)出口的結(jié)構(gòu)型式。