愛河中型灌區(qū)渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的設(shè)計(jì)

王雷

【摘? 要】對灌區(qū)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，渠道橫斷面設(shè)計(jì)是一個重要部分。論文結(jié)合實(shí)際的工程情況對愛河中型灌區(qū)渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使其盡可能接近水力最佳斷面，以期為類似工程提供參考。

【Abstract】The design of cross-section of canal is an important part in the planning and design of irrigation area. This paper designs practically economic cross-section of canal in Aihe medium-sized irrigation area combined with the actual project situation， and makes it close to optimal hydraulic cross-section as much as possible， so as to provide a reference for similar projects.

【關(guān)鍵詞】中型灌區(qū);水力最佳斷面;實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面

【Keywords】medium-sized irrigation area; optimal hydraulic cross-section; practically economic cross-section

【中圖分類號】S277;TV131.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）05-0178-02

1 引言

愛河灌區(qū)位于丹東市鳳城市，工程修建于20紀(jì)五六十年代，由于當(dāng)時工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，后期資金投入又沒有跟上，部分地區(qū)存在老化、年久失修，渠道坡度緩、不利于泥沙輸送及渠道襯砌損壞嚴(yán)重甚至脫落、灌溉期渠道內(nèi)水位降低、無法滿足基本灌溉排水需求的問題。

渠道引水流量和橫斷面水力要素的確定是灌區(qū)渠道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。諶洪燁[1]、劉媛[2]、孫艷紅[3]等分別闡述了在小型農(nóng)田水利建設(shè)中灌渠橫、縱斷面設(shè)計(jì)時應(yīng)注意的問題及設(shè)計(jì)參數(shù)的取值范圍;馮學(xué)慧[4]進(jìn)一步指出防滲襯砌的施工要點(diǎn);金敬哲[5]、盧燕芬[6]通過明渠均勻流公式分別對吉林省百草溝灌渠和廣東省人和東灌渠矩形斷面的水力要素進(jìn)行計(jì)算，但均未與同等流量條件下的水力最佳斷面進(jìn)行比較，說明設(shè)計(jì)的合理性。本文通過對丹東市愛河中型灌區(qū)大堡干渠渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的設(shè)計(jì)來說明灌區(qū)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，并與水力最佳斷面進(jìn)行比較以論證斷面設(shè)計(jì)的合理性，同時，為愛河流域灌區(qū)的其他渠道設(shè)計(jì)提供工程參考。

2 渠道斷面的設(shè)計(jì)方法

渠道橫斷面應(yīng)根據(jù)灌溉面積選定合理的灌溉流量，結(jié)合工程實(shí)際使實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面與水力最佳斷面接近，土渠適宜采用梯形斷面。在灌渠的規(guī)劃中，設(shè)計(jì)渠道橫斷面首先要確定引水流量，再按流量選定合理的渠道內(nèi)邊坡系數(shù)m、渠道底部寬b、水深h和渠道岸頂超高△h。

3 愛河中型灌區(qū)渠道實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面的計(jì)算

3.1 工程概況

愛河中型灌區(qū)以種植水稻為主，灌溉水源為愛河河水，水質(zhì)良好，豐水期各項(xiàng)指標(biāo)均滿足地表Ⅱ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，適宜農(nóng)田灌溉。愛河流域土壤在全國屬于東部濕潤、半濕潤地區(qū)森林封群系，據(jù)GB 50288—99《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，灌溉保證率取75%。

大堡干渠全長2853m，設(shè)計(jì)灌溉面積5000畝，渠道現(xiàn)澆鋼筋混凝土板防滲。工程場地位于八道河（愛河的一條支流）的階地上，階地上現(xiàn)廣泛分布農(nóng)田，標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.0m。干渠本次溝渠兩側(cè)槽壁的土層以耕土層為主，成分主要為粉土混粘土及少量的圓礫，其滲透等級為中等透水性，而溝渠的槽底土層多為砂卵石層，其密實(shí)度較好，強(qiáng)度較高，滲透性等級為強(qiáng)透水性，溝槽開挖坡比宜緩于1：1.0。根據(jù)勘測數(shù)據(jù)，現(xiàn)有渠道比降0.5‰。

3.2 灌溉流量計(jì)算

以現(xiàn)狀灌溉作為基礎(chǔ)，水田用水的最大值發(fā)生在泡田期，參照遼寧省水利勘測設(shè)計(jì)院編制的《遼寧省各種作物灌溉制度分析》[7]，水稻灌溉制度設(shè)計(jì)中泡田期用水定額為2250m3/hm2，續(xù)灌時間為T=10d，得出灌區(qū)的灌水率：

大堡干渠灌溉面積5000畝，取渠系水利用系數(shù)0.75，田間水利用系數(shù)0.95，得出大堡干渠的設(shè)計(jì)流量：

3.3 渠道水力要素計(jì)算

渠道比降應(yīng)盡量接近地面坡度，以減小挖、填方工程量且滿足不沖、不淤或沖淤平衡。根據(jù)實(shí)際勘測資料結(jié)合工程實(shí)際，計(jì)算分析確定灌渠的比降i=0.5‰。結(jié)合工程區(qū)的土質(zhì)情況，參考GB 50288—99《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的最小邊坡系選定m=1.25。渠道采用混凝土襯砌，查渠道糙率表得n=0.017。

可計(jì)算h0、b0：

b0=2[（1+m2）1/2-m]h0=2×[（1+1.252）1/2-1.25]×0.90=0.63m

可計(jì)算水力最佳斷面面積A0：

A0=b0h0+mh02=0.63×0.90+1.25×0.902=1.58m2

可計(jì)算水力最佳斷面的流速v0：

v0=Q/A0=1.22/1.58=0.77m/s

根據(jù)GB 50288—99《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，查得α=1.00、1.01、1.02、1.03、1.04相應(yīng)的h/h0值，及與α、m相應(yīng)的β值，并分別計(jì)算相應(yīng)的v、h和b值，列于表1。

根據(jù)表1繪制b=f（h）和v=f（h）的渠道特性曲線，如圖1所示。

根據(jù)大堡干渠實(shí)際情況按接近水力最佳斷面，取渠道底寬0.8m，由圖1可知h=0.85m，相應(yīng)的流速v=0.77m/s。

3.4 渠道岸頂超高計(jì)算

取流量的加大系數(shù)為1.3，加大流量為Q加=1.59m3/s，可計(jì)算相應(yīng)的水深hb=0.96m。Q加=1.59m3/s<5m3/s可知本工程渠道建筑物等級為5級，可計(jì)算：

取渠道岸頂超高0.44m。

3.5 設(shè)計(jì)渠道流速校核

①渠道的流速應(yīng)小于渠槽的抗沖流速。在加大流量下：

Ab=bhb+mh2b=0.8×0.96+1.25×0.962=1.92m2

？字b=b+2（1+m2）1/2hb=0.8+2×（1+1.252）1/2×0.96=3.87m

Rb=Ab/？字b=1.92/3.87=0.50m≠1.0m

vb=Q/Ab=1.59/1.92=0.83m/s

渠道為現(xiàn)場澆筑混凝土渠道，允許不沖流速為：

可知，渠道在加大流量下的流速小于不沖流速，滿足不沖要求。

②渠道流速應(yīng)大于渠槽的不淤流速，才能使渠道中沒有泥沙淤積。取最小流量為設(shè)計(jì)流量的49%，Qmin=0.60m3/s，相應(yīng)的水深hmin=0.60m（不低于設(shè)計(jì)水深0.85m的70%）。此時：

Amin=bhmin+mh2min=0.8×0.60+1.25×0.602=0.93m2

？字min=b+2（1+m2）1/2hmin=0.8+2×（1+1.252）1/2×0.60=2.72m

Rmin=Amin/？字min=0.93/2.72=0.34m≠1.0m

vmin=Q/Amin=0.60/0.93=0.65m/s

4 結(jié)論

本文針對愛河中型灌區(qū)的實(shí)際情況，運(yùn)用明渠均勻流求水力要素的方法，分別對大堡干渠的水力最大斷面和實(shí)用經(jīng)濟(jì)斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，得出的主要結(jié)論如下：①目前，愛河中型灌區(qū)的渠系及渠系建筑物年久失修，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象嚴(yán)重，已無法滿足日常灌溉需求，亟須解決。②通過計(jì)算大堡干渠的水力最佳斷面，并在合理的變動范圍內(nèi)結(jié)合工程實(shí)際設(shè)計(jì)斷面，使渠道斷面為寬淺型，便于施工與管理。③分別選用加大流量和最小流量對渠道的不沖流速和不淤流速時行校核，結(jié)果v不淤

【參考文獻(xiàn)】

【1】諶洪燁.基于小型農(nóng)田水利工程的灌渠設(shè)計(jì)[J].黑龍江水利科技，2014（2）：152-153.

【2】劉媛.小型農(nóng)田水利工程中灌渠設(shè)計(jì)問題研究[J].工程技術(shù)，2016（7）：139.

【3】孫艷紅.農(nóng)田水利工程的灌渠設(shè)計(jì)探討[J].水利科技，2013（30）：261.

【4】馮學(xué)慧.農(nóng)田水利工程的灌渠設(shè)計(jì)[J].硅谷，2012（23）：88+108.

【5】金敬哲.淺談農(nóng)田水利工程的灌渠設(shè)計(jì)[J].中國科技縱橫，2012（19）：78.

【6】盧燕芬.淺談小型農(nóng)田水利工程之灌渠的設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2008（21）：38.

【7】章西林.遼寧省土地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)中各種作物灌溉制度分析.[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（3）：277-281.