衡東大浦通用機(jī)場(chǎng)排水口與周邊村水利設(shè)施設(shè)計(jì)

劉雄杰，袁文濤

（1. 湖南天谷水利電力工程建設(shè)有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421400； 2. 衡東縣水利局，湖南 衡陽(yáng) 421400）

在項(xiàng)目區(qū)之中，主要運(yùn)用明渠地面自流灌溉。而就地面灌水而言，通常劃分為輪灌以及續(xù)灌，其中前者主要應(yīng)用于面積偏大的灌區(qū)，田塊多，灌水時(shí)間存在著差異；后者則主要運(yùn)用于灌水時(shí)間相同，勞動(dòng)力少以及流量分散的區(qū)域。所以，結(jié)合本項(xiàng)目區(qū)的具體狀況，斗渠設(shè)計(jì)運(yùn)用續(xù)灌的方式，而農(nóng)渠設(shè)計(jì)則運(yùn)用輪灌的方式，周期定為7 天。

1 灌溉渠道流量計(jì)算

1.1 設(shè)計(jì)典型年項(xiàng)目區(qū)毛灌水率（灌水模數(shù)）的確定

就自流灌溉而言，它是當(dāng)前項(xiàng)目區(qū)最為常用的一種方式，若通過(guò)自流灌溉對(duì)典型年份灌溉方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，則需要全天候不間斷地灌水，所以毛灌水率計(jì)算公式如下：

式中 q毛——自流灌溉方式下設(shè)計(jì)毛灌水率（m3/s·hm2）；

a——單位灌水面積（hm2）；

m——灌水定額（灌溉水田取80 m3/畝，旱地取20 m3/畝）；

T——灌水周期（灌溉水田灌水周期為7 天）；

η——灌溉水利用系數(shù)（取0.76）。

將相關(guān)參數(shù)代入，最終得到毛灌率如下：

自流灌溉：q毛=15×1×80/（3 600×24×7×0.76）=0.002 6（m3/s·hm2）

本項(xiàng)目絕大部分規(guī)劃為灌溉水田，故不計(jì)算旱地的毛灌溉率。

1.2 項(xiàng)目區(qū)渠道設(shè)計(jì)流量的計(jì)算

式中 Q——設(shè)計(jì)流量（m3/s）；

A——灌溉面積（hm2）；

q毛——設(shè)計(jì)毛灌水率（m3/s·hm2）。

本項(xiàng)目區(qū)水源較分散，斗渠控制面積較少，為了項(xiàng)目實(shí)施時(shí)施工的方便，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦翁攸c(diǎn)在設(shè)計(jì)渠道斷面時(shí)將使用較大控制面積值計(jì)算斗渠的設(shè)計(jì)流量。

以新修斗渠Ⅱ-1 為例，其控制面積約為15hm2，則：Q＝q毛A=0.002 6×15=0.039 m3/s

因?yàn)檗r(nóng)渠采用輪灌灌水方式，灌水周期為3.5 天，而自流灌溉下的毛灌水率是按灌水周期為7 天求得，故計(jì)算農(nóng)渠設(shè)計(jì)流量采用灌水率為2 倍設(shè)計(jì)毛灌率。

上述計(jì)算出來(lái)的流量，是將渠道正常引水作為基礎(chǔ)進(jìn)行獲取的。自流灌溉項(xiàng)目區(qū)所運(yùn)用的主要方式，所以需結(jié)合灌區(qū)氣候、面積等變化，適當(dāng)提升渠道流量，具體需要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)進(jìn)行計(jì)算。通常情況下，若渠道流量不超過(guò)1 m3/s，需提升30%～35%。因?yàn)檩喒嗲涝诳刂品矫娴拿娣e偏小，對(duì)此可調(diào)劑輪灌組內(nèi)相關(guān)渠道的輸水量以及時(shí)間，不必提升流量設(shè)計(jì)[1]。由此可得，若斗渠運(yùn)用增大流量設(shè)計(jì)，那么農(nóng)渠可不運(yùn)用增大流量設(shè)計(jì)，

則：新修斗渠Q=（1+30%）Q=1.30×0.039=0.051m3/s。

2 渠道橫斷面設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)之中涉及到的渠道全部運(yùn)用現(xiàn)澆混凝土梯形斷面，通過(guò)明渠進(jìn)行計(jì)算，即：

渠道在斷面設(shè)計(jì)方面運(yùn)用試算法。

1）渠道縱坡。渠底比降需要向著地面比降靠攏，防止出現(xiàn)深挖高填，與灌溉田塊田面高程的情況，本設(shè)計(jì)取1/1 000～1/2 000。

2）渠床糙率。灌溉渠道通常使用塊石進(jìn)行護(hù)砌，這樣能夠降低渠床糙率，還能增強(qiáng)渠道邊坡穩(wěn)定性。在護(hù)砌之后渠床糙率n=0.017。

3）渠邊坡系數(shù)。項(xiàng)目區(qū)在渠道設(shè)計(jì)方面的流量偏小，為了能夠便于施工，全部運(yùn)用梯形斷面，梯形渠道邊坡采用m＝0.25。

4）渠道不沖不淤流速。結(jié)合試驗(yàn)研究和建成渠道的經(jīng)驗(yàn)，護(hù)砌渠道在不沖流速方面為2.5 m/s，不淤流速為0.3 m/s[2]。就本設(shè)計(jì)渠道要求而言，需要在流速方面符合不沖不淤的要求。

5）渠堤寬度。為滿足生產(chǎn)要求，需將渠堤寬度設(shè)置為0.2 m。

6）渠道堤頂超高。由于項(xiàng)目區(qū)在渠道設(shè)計(jì)流量方面偏小，所以堤頂超高取0.15～0.25 m。

新修建的聯(lián)接渠、排水渠及農(nóng)渠均采用現(xiàn)澆混凝土，所有渠道每隔6 m 設(shè)置寬為20 mm 的伸縮縫，瀝青砂板填縫；農(nóng)渠襯砌厚0.1 m，聯(lián)接渠及排水渠襯砌厚0.12 m。

3 渠道縱斷面設(shè)計(jì)

要想將自流灌溉應(yīng)用于渠道涵蓋的范圍，需要確保各級(jí)渠道分水點(diǎn)在水位高程方面的充足性[3]。而在對(duì)水位高程進(jìn)行推算的過(guò)程中，需要將地面高程、渠道沿程等水頭損失作為基礎(chǔ)，如下所示：

式中 B分——分水口要求控制水位高程（m）；

A0——渠道灌溉范圍內(nèi)地面參考點(diǎn)的高程（m）；

h——所選參考點(diǎn)與該處末級(jí)固定渠道水面的高差，取0.1 m；

l——各級(jí)渠道的長(zhǎng)度（m）；

i——各級(jí)渠道的比降；

φ——水流通過(guò)渠系建筑物的水頭損失（m）。確定好各級(jí)渠道設(shè)計(jì)水位后，應(yīng)立足于水深以及安全超高，制定渠底與渠頂高程。

結(jié)合不同類型渠道控制面積對(duì)設(shè)計(jì)流量進(jìn)行計(jì)算，具體成果見(jiàn)表1。

表1 渠道橫斷面設(shè)計(jì)成果表

4 新整修塘庫(kù)設(shè)計(jì)

4.1 塘壩壩體整修設(shè)計(jì)

規(guī)劃區(qū)內(nèi)原淺塘村11 組上保至塘因塘壩年久失修，邊坡崩塌，鼠洞較多，塘壩漏水嚴(yán)重，影響下游附近農(nóng)田耕作，本次除對(duì)其清淤外，均對(duì)塘壩進(jìn)行防滲護(hù)坡，防滲面板采用厚0.1 m 的C20 混凝土襯砌，護(hù)至塘壩頂，頂部封頂板寬0.30 m，厚0.1 m，基礎(chǔ)截水墻也采用C20 混凝土現(xiàn)澆，截水墻高0.5 m，寬0.4 m?；炷疗鲶w每隔6 m 設(shè)一伸縮縫，縫寬0.02 m，瀝青砂板填縫。

4.2 壩下放水涵管設(shè)計(jì)

壩下放水涵是方便灌溉放水而設(shè)置，涵出口直接與灌溉渠道相連，為保證質(zhì)量，防止接頭過(guò)多或地基不均勻沉降使得管身斷裂，本設(shè)計(jì)采用抗拉和抗壓較好的PE 管作為放水涵管，放水孔采用分級(jí)臥管式布置。壩下涵管設(shè)計(jì)計(jì)算如下：

1）進(jìn)水口尺寸確定。水流從孔口進(jìn)入臥管后為明渠流，所以孔口為自由式孔口出流，則每孔通過(guò)的流量為：

式中 Q——每個(gè)孔口通過(guò)的流量（m3/s）；

μ——孔口流量系數(shù)，小孔口一般為0.60～0.62，取0.61；

A——每個(gè)放水孔的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）；

h——孔口以上水深（m），取0.5m。

設(shè)孔口直徑為0.1 m，計(jì)算得每孔通過(guò)流量為Q＝0.015 m3/s，按前述渠道灌溉流量計(jì)算，此流量可灌溉田50～60 畝，符合要求。

2）臥管尺寸確定。臥管斷面形狀設(shè)計(jì)為圓形，管中水流呈無(wú)壓流形式流動(dòng)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)管內(nèi)無(wú)壓流，需按照高于水深3～4 倍的方式對(duì)臥管進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)，就臥管斷面尺寸而言，和設(shè)計(jì)流量（Q）、縱坡（i）之間存在著緊密的聯(lián)系，在計(jì)算時(shí)一般是同明渠均勻流公式，如為圓形臥管則按正常水深的40%計(jì)算，可按下面簡(jiǎn)化公式計(jì)算，臥管坡度1∶2 時(shí)：

式中 d——臥管直徑（m）；

Q——設(shè)計(jì)流量（m3/s），取Q＝0.015 m3/s。

當(dāng)通過(guò)流量為Q＝0.015m3/s 時(shí)，d＝0.12m，取0.15m。

3）放水涵管尺寸確定。涵底坡取1/500，屬于陡坡，其泄流能力不受洞長(zhǎng)影響，按短洞計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中 b——涵洞過(guò)水?dāng)嗝鎸挾龋╩），當(dāng)過(guò)水?dāng)嗝鏋榉蔷匦螘r(shí)，b=wk/hk；

hk——臨界水深（m）；

wk——相應(yīng)于hk時(shí)的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（m2）；

σs——淹沒(méi)系數(shù)；當(dāng)σs=1 是為自由出流；

H0——涵洞進(jìn)口斷面底板高程起算的上游總水頭（m）；

m——流量系數(shù)，取為0.35。當(dāng)通過(guò)流量為Q＝0.015 m3/s 時(shí)，放水涵管D＝0.2 m。根據(jù)以上計(jì)算可知放水涵管孔徑確定為Φ200PE管，放水孔采用分級(jí)臥管式布置，臥管確定用Φ200PVC 管，位置根據(jù)實(shí)際情況可布置在土壩臨水面斜坡上，修建成階梯式斜臥管，相鄰臺(tái)階高差0.5 m，每個(gè)臺(tái)階上設(shè)1 個(gè)進(jìn)水孔，孔口按垂直等距離布置，垂距0.5～1.0 m，進(jìn)水口孔徑確定為Φ110PVC 管，平時(shí)用木塞封閉，用水時(shí)，隨水位降落逐級(jí)打開(kāi)，如果要加大放水流量可同時(shí)打開(kāi)2 個(gè)進(jìn)水孔。在臥管最高處離壩頂0.5～0.8 m 的地方設(shè)1 個(gè)通氣孔，臥管下部與涵管進(jìn)口均與消力池相連。消力池尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m，側(cè)墻厚0.24 m，內(nèi)外防水砂漿抹面，鋼筋混凝土蓋板。

為使地基不均勻沉降導(dǎo)致管身變形，涵管下部設(shè)置管座以改善管身受力條件，管座用現(xiàn)澆C20 混凝土，管座與管身的接觸面成120°包角。為增長(zhǎng)滲徑，改變滲流方向，防止沿管壁產(chǎn)生集中滲流，設(shè)置混凝土截水環(huán)，截水環(huán)高0.5 m，厚0.3 m。放水涵管出口設(shè)一消力池與灌溉渠道相連，消力池尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m。

4.3 溢洪道設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目整修的上保至塘均靠近機(jī)場(chǎng)的圍墻，基本沒(méi)有集雨面積，要灌滿山塘需要在山塘上方修建雨水集中排放出口，所以溢洪道泄洪流量需要根據(jù)雨水集中排放出口的出口流量確定。溢洪道采用開(kāi)敞式正槽溢洪道，控制段與泄槽段邊墻均采用頁(yè)巖磚砌筑，泄槽邊墻高0.6 m，底寬0.7 m，底板用C20 混凝土現(xiàn)澆。泄槽布置在塘壩外坡上，在原有渠道與泄槽交叉處修一消力池，消力池尺寸為2.0 m×2.0 m×1.5 m，側(cè)墻厚0.24 m，外露面水泥砂漿抹面。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)衡東縣大浦通用機(jī)場(chǎng)建設(shè)占用當(dāng)?shù)厮O(shè)施，以及機(jī)場(chǎng)建設(shè)期間、機(jī)場(chǎng)建成后可能影響原有水利設(shè)施發(fā)揮效益涉及的區(qū)域內(nèi)的農(nóng)田進(jìn)行實(shí)地踏勘，將記錄和搜集的詳實(shí)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的整理匯總，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。