蘭花農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園節(jié)水灌溉工程施工設(shè)計(jì)

王永清

（韶關(guān)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 韶關(guān) 512000）

1 工程概況

翁源縣位于廣東省北部，北江流域翁江的上游。東臨連平，西接曲江，南連英德，北接始興，東北與江西全南毗連，東南與新豐接壤。翁源縣是一個(gè)農(nóng)業(yè)縣，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比重較大。全縣現(xiàn)有耕地面積30.96萬(wàn)hm2，其中水田面積22.99萬(wàn)hm2，旱地面積7.96 萬(wàn)hm2。種植業(yè)以水稻為主，兼種糖蔗、花生、蠶桑、茶葉、水果、蔬菜等。2018 年，全年實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增加值22.70 億元，增速排名全市前列，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園建設(shè)速度也在不斷加快。

翁源縣蘭花省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園灌溉保證工程（一期）（翁源縣蘭花國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園生態(tài)灌溉工程）的建設(shè)內(nèi)容包括：一是對(duì)干渠進(jìn)行加固修復(fù)，總長(zhǎng)度為14.64 km，同時(shí)做好清淤清賬工作，總長(zhǎng)度38.18 km；二是拆除重建鶴仔倒虹吸，改造或新建分水口59座，新建擋墻22 m；三是新建巖莊灌區(qū)計(jì)量設(shè)施及灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)；四是K34+500～K34+840段渠道橫穿翁源縣蘭花國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，為配合產(chǎn)業(yè)園生態(tài)景觀要求，此次設(shè)計(jì)對(duì)該段渠道進(jìn)行生態(tài)改造。

2 現(xiàn)狀問(wèn)題

翁源縣蘭花省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園灌溉保證工程（一期）（翁源縣蘭花國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園生態(tài)灌溉工程）位于翁源縣壩仔鎮(zhèn)、江尾鎮(zhèn)境內(nèi)，整體渠道方向由巖莊水庫(kù)引水口開(kāi)始，自北向南經(jīng)過(guò)巖莊村引至牙獅橋電站引水渠，然后渠道自東向西經(jīng)過(guò)輝嶺村、赤泥領(lǐng)、龍屋、上灣、老富坑、高世府至榕樹(shù)下，其后渠道自北向南經(jīng)過(guò)藍(lán)河村、月臺(tái)蘭花基地、鶴仔村等管理區(qū)。灌區(qū)總灌溉范圍涉及諸多村鎮(zhèn)，耕地比較分散，沿線為低山丘陵地區(qū)，海拔210～230 m，引水渠線大致由北至南再向西再向南，地勢(shì)是北東面高，向西面和南面傾斜，渠道前半段多為傍山渠道，后半段為沖積平原渠道，地形起伏變化較小，大部分長(zhǎng)有雜草、灌木及松木等，局部少量邊坡存在塌滑隱患。

巖莊灌區(qū)的過(guò)水渠道大部分現(xiàn)狀完好，已進(jìn)行了三面光襯砌防滲，小部分渠道現(xiàn)狀為土渠或單面光、雙面光或三面光，但襯砌老化較為嚴(yán)重，多處有破損、開(kāi)裂、掉塊等現(xiàn)象，兩側(cè)渠壁多為坡殘積砂礫質(zhì)黏土、全風(fēng)化花崗巖，抗水流沖刷能力較差，受渠水沖刷，兩側(cè)渠壁巖土層比較易掉落或滑落從而在渠中淤積堵塞渠道，建議對(duì)渠道進(jìn)行清淤并三面光防滲襯砌處理。渠道沿線未發(fā)現(xiàn)有新的大的山體滑坡和崩坍現(xiàn)象，但由于地形地質(zhì)條件的影響，局部地段存在渠道邊坡因邊坡過(guò)高過(guò)陡受渠水沖刷引起的塌方問(wèn)題，建議新建蓋板涵或埋設(shè)混凝土管處理；局部地段渠道現(xiàn)狀雖已進(jìn)行三面光防滲襯砌，但缺乏管理，渠道因淤積、塌方、人為填堵等原因渠水極為不暢，嚴(yán)重影響了渠道的正常使用功能，需要對(duì)渠道進(jìn)行清淤疏浚處理。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 灌區(qū)基本情況調(diào)查

巖莊灌區(qū)主要由巖莊水庫(kù)、榕樹(shù)下陂及巖莊干渠組成，其中巖莊水庫(kù)為灌區(qū)的骨干調(diào)節(jié)水庫(kù)，榕樹(shù)下陂為灌區(qū)中段的補(bǔ)充引水工程。巖莊水庫(kù)集雨面積37.50 km2，水庫(kù)正常水位為258 m，相應(yīng)庫(kù)容1 428 萬(wàn)m3，死水位236 m，相應(yīng)庫(kù)容48 萬(wàn)m3，興利庫(kù)容1 380萬(wàn)m3。

榕樹(shù)下陂集雨面積33.92 km2，其中上游建有上洞?。?）型水庫(kù)，集雨面積7.50 km2，正常庫(kù)容144.50萬(wàn)m3，由于該水庫(kù)本身有負(fù)擔(dān)灌溉面積，且不屬于巖莊灌區(qū)范圍，所以榕樹(shù)下陂實(shí)際可利用補(bǔ)水面積為扣除水庫(kù)后的區(qū)間26.42 km2。

3.2 灌區(qū)年徑流量分析

工程沒(méi)有實(shí)測(cè)徑流資料，所以此次徑流量擬采用《廣東省水文圖集》（1991 年）進(jìn)行查算，查圖可得多年平均徑流深h=920 mm，相應(yīng)變差系數(shù)Cv=0.42，則對(duì)應(yīng)各頻率年徑流量見(jiàn)表1。

表1 灌區(qū)各壩址年徑流量成果表

總體上，地下水受降水和地表水補(bǔ)給，流域內(nèi)地表水和地下水沿溝谷排泄匯集于河流。沿江沖積層內(nèi)孔隙水與江水互為補(bǔ)排關(guān)系，河流流域汛期和枯水期降水量差別大，因而河流水在汛期流量大，江水位高且變化大，此時(shí)江水補(bǔ)給地下水，枯水期時(shí)，地下水向江水排泄。

3.3 灌溉用水量計(jì)算

灌區(qū)目前主要以種植水稻為主，其中水稻約占80%，旱作物20%。目前，灌區(qū)普遍采用的灌溉模式是“淺灌適蓄”，即淺水灌溉，降雨則適當(dāng)?shù)匦钏?，蓄水以不影響作物生長(zhǎng)為限。

經(jīng)實(shí)地調(diào)查灌區(qū)土壤分布主要以壤土為主，但是在干渠渠床土壤卻主要為砂壤土，所以此次計(jì)算灌溉用水量以壤土進(jìn)行計(jì)算，干渠滲漏損失以砂壤土滲漏系數(shù)進(jìn)行損失計(jì)算。考慮到此灌區(qū)有20%為旱作物面積，按旱作物灌溉定額：水田灌溉定額=2∶1計(jì)算，則此次采用灌溉定額見(jiàn)表2。

表2 此次采用灌溉定額成果表m3/667 m2

3.4 灌水率設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)灌水率采用灌溉年內(nèi)分配中最大旬灌水量對(duì)應(yīng)的平均流量，偏安全考慮，灌水率計(jì)算以水稻的需水量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

參考《廣東省一年三熟灌溉定額》（廣東省水科院，1999），查一年三熟灌溉定額均值等值線圖、一年三熟灌溉定額Cvm等值線圖，可知翁源縣巖莊干渠所處位置的壤土的灌溉定額均值m均=530 m3/667 m2、Cvm=0.16，根據(jù)PⅢ型曲線的模比系數(shù)Kp值表，Cs=2Cv，查出灌溉保證率為90%的Kp=1.21，則90%枯水年對(duì)應(yīng)的年灌溉定額為641.30 m3/667 m2。灌溉年內(nèi)分配參考翁源縣附近曲江站的灌水量時(shí)段分配，可以明確，在4 月上旬灌溉用水量最多，占全年的10.99%，為79.52 m3/667 m2。

相應(yīng)的計(jì)算公式為：

式中：α的值為1，因?yàn)楣鄥^(qū)種植的作物基本都是水稻，m表示灌水定額，取值為79.52 m3/667 m2，T表示灌溉持續(xù)時(shí)間，取值為10 d。

3.5 渠道襯砌設(shè)計(jì)

在綜合考慮施工成本、防滲效果、施工速度等因素，渠道襯砌采用的是現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡方案。渠底采用現(xiàn)澆C20混凝土襯護(hù)，厚度100 mm，每5 m 設(shè)一道伸縮縫，縫寬20 mm，用瀝青油毛氈填縫，板下鋪設(shè)100 mm 厚的砂卵石墊層；邊坡土質(zhì)壓實(shí)平整后采用C20 混凝土襯護(hù)，厚100 mm，每5 m 設(shè)一道伸縮縫，縫寬20 mm，用瀝青油毛氈填縫。新開(kāi)挖渠道襯砌以外的邊坡均采用草皮護(hù)坡。由于渠道底板和邊坡均采用C20現(xiàn)澆混凝土襯砌，分縫處采用瀝青油毛氈填縫，該方案防滲效果好。渠道襯砌高度為渠道加大流量水深加超高確定。

3.6 渠道斷面設(shè)計(jì)

3.6.1 縱斷面設(shè)計(jì)

此工程為配套改造項(xiàng)目，在遵循原有工程規(guī)模的前提下，以原有渠系上控制性建筑物底板為縱坡控制依據(jù)。在順接現(xiàn)有渠系建筑物底高程的同時(shí)，對(duì)現(xiàn)有渠道縱坡進(jìn)行整治，做好清淤填坑工作。渠道的水流設(shè)計(jì)以滿足渠道的均勻流來(lái)設(shè)計(jì)，上下游渠道水面平順銜接，并對(duì)渠系建筑物留有足夠的水頭以滿足渠系的水頭損失。

3.6.2 橫斷面設(shè)計(jì)

渠道橫斷面水力計(jì)算時(shí)按設(shè)計(jì)流量、加大流量和最小流量分別進(jìn)行，加大流量按設(shè)計(jì)流量的1.30倍計(jì)算，最小流量按設(shè)計(jì)流量的40%計(jì)算。渠道橫斷面的水力計(jì)算公式為：

式中：V表示斷面平均流速，A表示渠道過(guò)水?dāng)嗝妫珻為謝才系數(shù)，R表示水利半徑，i表示渠道縱坡，n表示渠道糙率，工程中為混凝土渠道，取值為0.016。

3.7 倒虹吸設(shè)計(jì)

巖莊干渠現(xiàn)狀有3 座倒虹吸，榕樹(shù)下陂倒虹吸、龍井茶園倒虹吸及鶴仔倒虹吸，其中榕樹(shù)下陂倒虹吸及龍井茶園倒虹吸現(xiàn)狀情況完好，此次設(shè)計(jì)維持現(xiàn)狀，鶴仔倒虹吸為混凝土結(jié)構(gòu)，從九仙水道下穿過(guò)，由于年久失修，現(xiàn)倒虹吸兩端已經(jīng)破壞，不能利用。此次設(shè)計(jì)對(duì)鶴仔倒虹吸進(jìn)行拆除重建，位置根據(jù)此線段渠道走向進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，采用預(yù)制鋼筋混凝土Ⅱ級(jí)承插管。倒虹吸管在兩側(cè)轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩尺寸為3×3×3 m，采用C20 混凝土澆筑。出口兩側(cè)設(shè)重力式擋墻，高度為3 m，采用C20混凝土澆筑。為防止漂浮物、垃圾、泥沙等進(jìn)入倒虹吸，在進(jìn)口處設(shè)置鋼筋網(wǎng)攔污柵和沉沙池。

4 結(jié)語(yǔ)

翁源縣蘭花國(guó)家級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園在農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)、優(yōu)良品種培育等方面有著積極意義，針對(duì)園區(qū)灌溉系統(tǒng)中存在的襯砌老化嚴(yán)重，多處有破損、開(kāi)裂、掉塊等現(xiàn)象，提出了相應(yīng)的節(jié)水灌溉工程設(shè)計(jì)，從灌水率、渠道斷面設(shè)計(jì)等方面確定了最佳的設(shè)計(jì)方案。結(jié)果顯示：借助科學(xué)有效地節(jié)水灌溉工程施工設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的配套率，改善水利基礎(chǔ)設(shè)施，保障灌溉效果的同時(shí)，減少水資源的消耗，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)水目標(biāo)。