新疆某高標準農(nóng)田建設水源工程設計

王劍飛

新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830001

1 建設項目概況

1.1 基本情況

新疆某高標準農(nóng)田項目喀什地區(qū)，東臨塔克拉瑪干沙漠，東與柯坪縣相連，西與阿克陶縣相連，地勢南高北低，氣候干燥、降水稀少，夏熱冬冷。高標準農(nóng)田項目實施前項目區(qū)耕地面積大，灌區(qū)范圍廣，農(nóng)田水利基礎設施較為落后。通過高標準農(nóng)田項目建設，對渠系工程等農(nóng)田水利設施進行升級改造，極大改善了當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。項目建成后，喀什地區(qū)高標準農(nóng)田覆蓋面積將達46.67 萬hm2以上，高效節(jié)水農(nóng)田面積達33.34 萬hm2以上，可實現(xiàn)節(jié)水工約5 億m3，增加有效耕種面積約10%，提升糧食作物產(chǎn)量約15%，積極保障糧食安全及重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給。

1.2 存在問題

研究區(qū)高標準農(nóng)田項目已建成的農(nóng)田水利設施主要有中型灌區(qū)的末級渠系、排水溝和小型灌區(qū)的骨干工程、末級渠系及排水溝。其中中型灌區(qū)末級渠系總長247.10 km，小型灌區(qū)骨干渠道總長469.79 km，末級渠系總長421.60 km，排水溝總長53.27 km。然而，項目區(qū)高標準農(nóng)田對水依賴性較大，現(xiàn)有水源不能滿足灌溉使用需求，缺少水源成為制約項目進一步發(fā)展的關鍵問題，因此，新建水源工程可有效破解當前缺少水源的問題。

2 水源工程布置

根據(jù)現(xiàn)場調查情況，項目區(qū)水源主要為山塘及水陂。涉及的山塘共36座，目前運行狀況良好。涉及的水陂共55座，大部分目前運行狀況良好，需改造7座。其中3座水陂因被洪水沖毀，本次需進行重建；4座水陂目前僅靠人工填筑沙袋擋水，需進行新建。高標準農(nóng)田項目水源為山塘的，水源工程維持現(xiàn)有規(guī)模不變；水源工程為水陂，且水陂運行良好的，水源工程維持現(xiàn)有規(guī)模不變；水陂需要拆除重建的，根據(jù)現(xiàn)有渠道布置情況，重建在原址進行，斷面尺寸參考現(xiàn)有規(guī)模，并對引水流量、穩(wěn)定性進行復核確定。

3 水源工程設計復核

項目區(qū)內涉及的水源工程改造主要為水陂7 座。經(jīng)現(xiàn)場調查，這7座水陂均存在堰體破損嚴重、上游泥沙淤積較深、下游無導墻、無消能設施等現(xiàn)象，水陂存在安全隱患，且無法滿足灌溉引水要求，此次改造需進行拆除重建。新建水陂堰體均為寬頂堰，采用C15 混凝土澆筑，上下游新建M7.5 漿砌石擋墻，下游出口新建C20 混凝土消力池。堰體中部設沖沙閘，閘寬1 m，采用木質閘門控制。根據(jù)現(xiàn)場測量結果，水陂堰體取水高度1.50～3.00 m，此次改造按取水高度1.50、2、2.50、3 m四種典型斷面進行設計。

3.1 泄流能力復核

選取水陂凈寬4、8、10、15 m 四種溢流寬度進行水陂泄流能力計算。水陂為C15 混凝土結構，堰型為寬頂堰，無坎寬頂堰堰流采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N公式N.1.1-1進行計算，公式如下：

式中：Q—流量，m3/s；δ—淹沒系數(shù)，1.0；m—流量系數(shù)，0.32；H0—包括行近流速水頭的堰前水頭，此次僅取堰上水頭，m；B—泄流凈寬，m。

經(jīng)計算，水陂泄流能力見表1。泄流能力滿足規(guī)范要求。

表1 水陂水位～流量關系表

3.2 消能設施復核

此次改造的水陂均采用底流消能，末端新建C20混凝土消力池。消力池池深及池長采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N.2.4公式進行計算：

式中：d—消力池深度，m；σ0—水躍淹沒系數(shù)，σ0=1.05～1.10；hc″—躍后水深，收縮水深，m；α—水流消能校正系數(shù)，采用α=1.0；q—單寬流量，m3/s；b1、b2—消力池首端、末端寬度，m；T0—由消力池底板頂面算起的總勢能，J；ΔZ—出池落差，m；hs′—出池水深，m。

收縮水深hc″采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N.2.5公式進行計算：

式中：E0—以下游出水渠渠底為基準面的上游總水頭，m；q—收縮斷面處的單寬流量，m3/s；ψ—流速系數(shù)，ψ=0.85；hc—收縮斷面水深，m；hc″—躍后水深，m。

Frc—收縮斷面弗勞德數(shù)，。

消力池池長Lsj采用《灌溉與排水工程設計標準》附錄N.2.3公式進行計算：

式中：Lsj—消力池長度，m；Ls—消力池斜坡段水平投影長度，m；β—水躍長度校正系數(shù)，取β=0.7～0.8；Lj—水躍長度，m。

對水陂高度1.50、2、2.50、3 m四種典型斷面進行消力池池深及池長計算，結果表明，其消力池池長分別為3、3.50、4.50、5 m，池深分別為0.30、0.30、0.50、0.50 m。

3.3 水陂穩(wěn)定復核

此次改造的水陂均為小型水陂，對新建后的水陂選取典型斷面進行抗滑穩(wěn)定計算，采用抗剪強度計算公式：

式中：K—穩(wěn)定性系數(shù)；f—混凝土與溢流堰基礎接觸面的抗剪摩擦系數(shù)，f＝0.50；∑G—作用在溢流堰上全部豎向荷載（包括揚壓力作用，kN）；∑P—作用在溢流堰上全部水平向荷載，kN。

按照校核洪水位情況下計算自重、靜水壓力、揚壓力、泥沙壓力等荷載，荷載組合取基本組合，根據(jù)規(guī)范要求，4級建筑物基本荷載組合和特殊荷載組合按抗剪計算的穩(wěn)定性系數(shù)為1.05。

混凝土容重取23.50 t/m3，水陂抗滑穩(wěn)定計算成果見表2。計算結果表明，新建后的水陂抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，水陂穩(wěn)定。

表2 水陂抗滑穩(wěn)定計算成果表

4 結語及建議

文章通過對新疆某高標準農(nóng)田項目的水陂設計進行復核，結果表明設計滿足要求。高標準農(nóng)田項目建設為形成集中連片、設施配套的耕地格局打好基礎。下階段，應進一步督促健全完善多元投入機制，確保農(nóng)田建設任務順利開展，同時積極爭取高標準農(nóng)田建設的資金支持，鼓勵社會各界積極投入高標準農(nóng)田建設，不斷拓寬資金渠道，形成多部門資金投入高標準農(nóng)田建設的良好機制。