青龍山灌區(qū)灌排結(jié)合溝渠灌排反向斷面設(shè)計(jì)方法

單雪峰，李相莉，岳 鵬

(黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱 150090)

1 灌區(qū)概述

青龍山灌區(qū)位于黑龍江省東北部，黑龍江中游右岸，位于富錦、同江、撫遠(yuǎn)、饒河兩市兩縣交界處的三江平原腹地。灌區(qū)控制面積66.53×104hm2，設(shè)計(jì)灌溉面積53.52×104hm2，灌區(qū)規(guī)模為大(Ⅰ)型提水灌區(qū)，水源為黑龍江和地下水。灌區(qū)渠系布置采用灌排結(jié)合形式，排水溝道兼具灌溉輸水和排水的雙重功能。

2 基本情況

灌排結(jié)合溝渠根據(jù)灌溉與排水方向的異同，可分為灌排同向與灌排反向兩種情況。青龍山灌區(qū)中，排干、支溝、斗溝均采用灌排結(jié)合模式，排干均為灌排同向；根據(jù)布置要求，個別支溝和部分斗溝為灌排反向。灌排同向溝道的水流條件為明渠均勻流，斷面設(shè)計(jì)方法為常規(guī)設(shè)計(jì)；灌排反向溝道為逆坡灌溉，水流條件為明渠非均勻流，其斷面設(shè)計(jì)相對復(fù)雜。本文選擇中區(qū)前進(jìn)農(nóng)場內(nèi)的灌排結(jié)合溝道——洪7-3支溝為例，對灌排反向斷面設(shè)計(jì)給出具體的設(shè)計(jì)方法。洪7-3支溝排水面積2.76 km2，5年一遇排水流量0.41 m3/s，排水承泄區(qū)為洪七干溝；灌溉面積172.13 hm2，設(shè)計(jì)灌溉流量0.088 m3/s，灌溉水源也為洪七干溝。現(xiàn)狀斷面參數(shù)為：底寬2～5 m，邊坡1∶2.5～1∶1，長1 649 m，平均底坡1/2 000～1/1 000。洪7-3支溝排水順暢無需治理，故只進(jìn)行灌溉工況斷面設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)原則

1) 灌排反向溝道斷面設(shè)計(jì)采用明渠恒定非均勻流公式計(jì)算，并計(jì)算臨界水深進(jìn)行判定輸水長度。

2) 斷面設(shè)計(jì)時，需滿足排、灌雙重功能的同時，對設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)方案比選，以工程量最小的確定為最終斷面設(shè)計(jì)方案。

3) 若灌排結(jié)合溝道灌溉分水口(即排水出口)位置處的灌溉水位稍高于排水水位，出現(xiàn)影響排水時間情況，需從運(yùn)行調(diào)度上解決。

4 斷面設(shè)計(jì)步驟

1) 底坡初定。根據(jù)排水標(biāo)準(zhǔn)初算底坡i排。底坡初選時，可根據(jù)現(xiàn)狀排水情況，結(jié)合實(shí)際地形情況，初算可采用底坡范圍。

5) 水面計(jì)算。結(jié)合水面曲線水深和確定的i排數(shù)值，匹配計(jì)算設(shè)計(jì)水面線(水面曲線)，并確定灌排結(jié)合斷面各參數(shù)。

5 參數(shù)計(jì)算

5.1 i排的計(jì)算

結(jié)合地面高程、現(xiàn)狀溝底高程和溝道長度，初算得出：現(xiàn)狀底坡i排現(xiàn)狀=1/111 4。

采用明渠均勻流公式計(jì)算，i排在1/2 000～1/1 000范圍內(nèi)可滿足排水標(biāo)準(zhǔn)。故選取i排1=1/1 000、i排2=1/1 200、i排3=1/1500、i排4=1/1 800共4個不同底坡分別進(jìn)行試算比選。

首先采用矩形溝道臨界水深計(jì)算公式，得出h臨界=0.1 m。

5.3 水面曲線試算

根據(jù)i排的不同選取值及溝道現(xiàn)狀斷面參數(shù)，采用明渠恒定非均勻流公式，計(jì)算出滿足灌溉水位要求水深。詳見表1。

表1 i排1=1/1 000水面曲線及供水長度計(jì)算表

i排的不同選取值水面曲線及供水長度詳見表2。

表2 不同底坡試算供水情況統(tǒng)計(jì)表

通過計(jì)算，i排1臨界水深可灌溉輸水至樁號1+433處，不能滿足設(shè)計(jì)灌溉要求；i排2、i排3、i排4灌溉輸水至樁號1+649處時，均大于臨界水深0.5 m，可滿足設(shè)計(jì)灌溉要求。對采用i排2、i排3、i排4共3個不同底坡溝道的工程量和工程占地進(jìn)行方案比選，詳見表3。

表3 不同i排方案工程投資比較表

從表3可見，i排2工程量和投資最少，工程占地最省，為設(shè)計(jì)底坡選定方案。

5.4 斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)表2成果，采用i排2=1/1 200計(jì)算設(shè)計(jì)溝底高程和水深及相應(yīng)設(shè)計(jì)水面曲線，結(jié)果詳見表4。

表4 設(shè)計(jì)溝底高程和水面線結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)以上設(shè)計(jì)過程，確定灌排結(jié)合溝道——洪7-3支溝斷面設(shè)計(jì)參數(shù)：Q灌溉=0.088 m3/s，B設(shè)計(jì)=1 m，m設(shè)計(jì)=1.5，n=0.027 5，i設(shè)計(jì)=1/1 200，h設(shè)計(jì)=1.94～0.56 m。

6 結(jié) 語

在灌排結(jié)合灌溉反向溝渠斷面設(shè)計(jì)中，底坡的選取較為重要。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)滿足下級溝渠灌溉水深要求、田間提水泵運(yùn)行水深要求、田間提水泵抽水效率要求等。同時，對不同底坡方案的溝渠工程量、工程占地等經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行分析比選，確定最優(yōu)斷面設(shè)計(jì)參數(shù)后，進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)。