人民勝利渠灌區(qū)渠道節(jié)水設(shè)計技術(shù)

周在美，孫利劍，趙 爽

（河南省人民勝利渠管理局，河南 新鄉(xiāng) 453000）

地處豫北平原的人民勝利渠，是河南省重要的大型引黃工程，是建國后首批水利工程建設(shè)項目之一，同時是黃河下游第一個大型引黃自流灌溉工程，灌區(qū)控制總面積1486.84 km2［1]。渠首位于黃河中下游分界處（桃花浴）下游1.5 km 處，渠首閘設(shè)計引水流量為60 m3/s，加大流量為85 m3/s。人民勝利渠設(shè)計灌溉面積為148.84 萬畝，涉及新鄉(xiāng)、焦作、安陽三市。灌區(qū)的氣候為暖溫帶大陸性季風(fēng)型，年平均降雨量約600 mm，但一年之中降水分布不均，主要體現(xiàn)為6月～9月降水量約占全年降水量的75%，而冬、春季氣候干旱少雨［2]。

自1952年4月12 日開閘以來，經(jīng)過半個多世紀(jì)的規(guī)劃和建設(shè)，人民勝利渠建成了完善的以總干渠、干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠組成的灌排工程網(wǎng)絡(luò)，布局合理，對灌區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)巨大［3]。但由于設(shè)施老舊（大都建于20 世紀(jì)50年代）、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，日益面臨著設(shè)施老化、失修的問題，普遍存在跑水、漏水的病害，水利用系數(shù)低；灌區(qū)沿用傳統(tǒng)的地面灌水方法，大水漫灌現(xiàn)象十分普遍，輸水效率低［4]。

綜上所述，開展渠道節(jié)水改造、推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，是解決灌區(qū)所在地區(qū)水資源不足問題的關(guān)鍵，是確保灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

人民勝利渠自1999年起，耗時16年，逐步完成了灌區(qū)骨干渠系的節(jié)水改造，骨干渠系的襯砌率超過82%。本文以人民勝利渠灌區(qū)渠道防滲典型工程——新鄉(xiāng)縣七里營鎮(zhèn)渠道防滲工程為例，介紹人民勝利渠在渠道節(jié)水設(shè)計方面所做的探索。

1 設(shè)計灌水定額和設(shè)計灌水周期

1.1 設(shè)計灌水定額

按照現(xiàn)行《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288）中的公式：

式中：M為灌水定額，m3/hm2；γ 為計劃濕潤層土壤干容重，γ=1.5 t/m3；H為計劃濕潤層，H=0.6 m；Wmax為允許土壤含水率上限，占干土重的27%；Wmin為允許土壤含水率下限，占干土重的18.9%。

經(jīng)計算，M=729 m3/hm2，即凈灌水定額為50 m3/畝。

1.2 設(shè)計灌水周期

作物種植以小麥- 玉米或小麥- 水稻為主，根據(jù)現(xiàn)行《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50288）中冬小麥與玉米的灌水延續(xù)時間規(guī)定，結(jié)合項目區(qū)實際情況，綜合確定設(shè)計灌水周期T=7 d。

2 灌溉渠道工程設(shè)計

渠道引水流量采用以下公式計算：

式中：Q為渠道設(shè)計流量，m3/s；M為灌水定額，m3/畝，M=50 m3/畝；A為渠道控制面積，畝，農(nóng)渠控制面積250 畝；Η 為渠道水利用系數(shù)，取0.80；T為灌水天數(shù)，農(nóng)渠取2 d～3 d。

經(jīng)計算，Q=0.09 m3/s=324 m3/h。

3 斗渠規(guī)劃布置

項目區(qū)內(nèi)南北向共規(guī)劃兩條主干路，將該區(qū)分為三塊。為方便管理并減少農(nóng)渠與主干路多次交叉，所以在每一塊均布置一條斗渠，共三條斗渠。該區(qū)地面坡降很小，但總的趨勢為西南高、東北低，所以將斗渠布置在地的西側(cè)。

根據(jù)斗渠的控制規(guī)模面積、農(nóng)田灌溉用水量，可求得斗渠最大過水流量為0.25 m3/s。綜合考慮平均地面坡降等因素，取斗渠的坡降為1/2500。多年來人民勝利渠灌區(qū)對幾種標(biāo)準(zhǔn)斷面U 形渠道不同坡降的過流能力進(jìn)行了大量的試驗研究，推薦了幾種U 形渠道規(guī)格供工程配套時參考。通常使用的主要型號為D40、D60、D80、D100、D120、D140。這些型號規(guī)格的U形斷面渠道通常采用預(yù)制或現(xiàn)場澆筑兩種施工方法進(jìn)行施工，且有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)模具，施工方便、效果良好。根據(jù)斗渠設(shè)計流量、渠道縱坡等擬選用D80 型U 形襯砌斷面作為斗渠的設(shè)計斷面。

4 農(nóng)渠規(guī)劃布置

農(nóng)渠的間距是根據(jù)畦長來確定的。確定畦長時，應(yīng)重點考慮使畦田在灌水時能夠均勻濕潤，提升田間水利用系數(shù)，方便灌水。畦寬、畦長、坡降、土壤、入畦流量等方面的因素均會對畦灌水量的大小造成影響。綜合以上因素，確定項目區(qū)畦長為100 m 左右。結(jié)合灌區(qū)普遍使用的耕作機(jī)械及農(nóng)具，確定畦寬為2 m 左右。畦田縱向比降對灌溉影響較大，過大則灌水流速快、入滲水量小、達(dá)不到灌溉要求、田面土壤嚴(yán)重沖刷；過小則灌水流速慢、深層滲漏水多、田間水利用系數(shù)低。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)以及經(jīng)驗，畦田縱向比降取0.002 較為適宜。

所以，規(guī)劃農(nóng)渠的設(shè)計間距為100 m 左右，農(nóng)渠規(guī)劃長度為500 m～650 m，每條農(nóng)渠控制面積為80 畝～100 畝，設(shè)計農(nóng)渠縱坡為1/2500～1/3000，設(shè)計流量為0.02 m3/s～0.05 m3/s，查有關(guān)設(shè)計手冊宜選D40 U 型斷面襯砌渠道。D40 U 形斷面示意圖及D80 U 形斷面示意圖分別見圖1、圖2。

圖1 D40 斷面示意圖

圖2 D80 斷面示意圖

5 田間建筑物規(guī)劃

田間建筑物單體結(jié)構(gòu)比較簡單，但屬于一個線性長度很大的工程。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及人民勝利渠管理局多年來探索總結(jié)的經(jīng)驗，田間建筑物應(yīng)滿足生產(chǎn)定型化、施工裝配化的要求，設(shè)計、選型應(yīng)當(dāng)薄、輕、巧，同時要盡可能經(jīng)濟(jì)實用、美觀耐久。在人民勝利渠灌區(qū)這樣的引黃灌區(qū)，裝配式建筑物值得大力推廣，因其可以較好地適應(yīng)溝渠的淤積，當(dāng)溝渠淤高時，可簡單拆卸、另行安裝，方便后期維護(hù)，節(jié)約工程投資。

人民勝利渠的農(nóng)田建筑物包括斗渠進(jìn)水閘、節(jié)制閘、分水閘、交叉建筑物（橋、涵管和倒虹吸等）以及由農(nóng)渠向田間供水的放水閘等。

斗渠需要從引黃一支渠取水，為了控制斗渠進(jìn)水流量，在每條斗渠進(jìn)口必須設(shè)一進(jìn)水閘。

斗渠向農(nóng)渠供水用分水閘進(jìn)行分水，由農(nóng)渠向田間供水用放水閘進(jìn)行分水。

斗農(nóng)渠過主、次干道需要設(shè)置交叉建筑物。斗、農(nóng)渠需要過生產(chǎn)路時，用涵管或倒虹吸穿過。灌溉渠道需過排水溝時，灌溉渠在上，排水溝下沉，擴(kuò)大過水?dāng)嗝妗?/p>

6 節(jié)制閘的規(guī)劃

由于斗渠南北向布置，縱向坡降為1/3000，全長為1800 m，設(shè)計渠深為1 m，安全超高為0.2 m，渠首閘后地面高程為80.8 m，渠尾水面高程為81.0 m，高差為0.2 m。取水高程在斗渠底部，過流斷面偏小，不能滿足農(nóng)渠引水要求，需要在斗渠中間加設(shè)節(jié)制閘，而中間設(shè)置閘前水位高程是81.3 m，高出引渠首地面高程0.5 m，這樣可以滿足農(nóng)渠引水要求和田間灌溉要求。閘門高1.5 m、寬1.2 m。

7 渠灌工程運(yùn)行說明

本系統(tǒng)包括斗渠、農(nóng)門、農(nóng)渠、放水口、閘管等，采用輪灌方式進(jìn)行灌溉。

每條斗渠可以同時供給5～7 條農(nóng)渠放水，每條農(nóng)渠可以開6～9 個放水口，放水口通過閘管將水輸送至田間畦頭，每個閘管配10 m～12 m 移動軟管。

在上一個輪灌區(qū)灌完前，鋪設(shè)下一處輪灌區(qū)的閘管，應(yīng)按先開后關(guān)的原則進(jìn)行輪灌。一條農(nóng)渠全部灌完時，需要關(guān)閉該農(nóng)渠，以保證需灌水的農(nóng)渠有足夠的流量。

在灌水時要不斷巡視，盡量避免跑、冒、漏水現(xiàn)象。

8 結(jié)論

在建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的要求下，開展渠道防滲改造是環(huán)節(jié)水資源短缺、營造節(jié)水農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的最主要措施。人民勝利渠灌區(qū)針對渠道節(jié)水設(shè)計技術(shù)進(jìn)行了探索，得出一套行之有效的技術(shù)方案，提高了灌溉水利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水事業(yè)的發(fā)展。