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爱河中型灌区渠道实用经济断面的设计

范文

王雷

【摘? 要】对灌区进行规划设计，渠道横断面设计是一个重要部分。论文结合实际的工程情况对爱河中型灌区渠道实用经济断面进行设计，并使其尽可能接近水力最佳断面，以期为类似工程提供参考。

【Abstract】The design of cross-section of canal is an important part in the planning and design of irrigation area. This paper designs practically economic cross-section of canal in Aihe medium-sized irrigation area combined with the actual project situation， and makes it close to optimal hydraulic cross-section as much as possible， so as to provide a reference for similar projects.

【關键词】中型灌区;水力最佳断面;实用经济断面

【Keywords】medium-sized irrigation area; optimal hydraulic cross-section; practically economic cross-section

【中图分类号】S277;TV131.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2020）05-0178-02

1 引言

爱河灌区位于丹东市凤城市，工程修建于20纪五六十年代，由于当时工程建设标准偏低，后期资金投入又没有跟上，部分地区存在老化、年久失修，渠道坡度缓、不利于泥沙输送及渠道衬砌损坏严重甚至脱落、灌溉期渠道内水位降低、无法满足基本灌溉排水需求的问题。

渠道引水流量和横断面水力要素的确定是灌区渠道设计的关键。谌洪烨[1]、刘媛[2]、孙艳红[3]等分别阐述了在小型农田水利建设中灌渠横、纵断面设计时应注意的问题及设计参数的取值范围;冯学慧[4]进一步指出防渗衬砌的施工要点;金敬哲[5]、卢燕芬[6]通过明渠均匀流公式分别对吉林省百草沟灌渠和广东省人和东灌渠矩形断面的水力要素进行计算，但均未与同等流量条件下的水力最佳断面进行比较，说明设计的合理性。本文通过对丹东市爱河中型灌区大堡干渠渠道实用经济断面的设计来说明灌区设计参数的选取，并与水力最佳断面进行比较以论证断面设计的合理性，同时，为爱河流域灌区的其他渠道设计提供工程参考。

2 渠道断面的设计方法

渠道横断面应根据灌溉面积选定合理的灌溉流量，结合工程实际使实用经济断面与水力最佳断面接近，土渠适宜采用梯形断面。在灌渠的规划中，设计渠道横断面首先要确定引水流量，再按流量选定合理的渠道内边坡系数m、渠道底部宽b、水深h和渠道岸顶超高△h。

3 爱河中型灌区渠道实用经济断面的计算

3.1 工程概况

爱河中型灌区以种植水稻为主，灌溉水源为爱河河水，水质良好，丰水期各项指标均满足地表Ⅱ类水水质标准，适宜农田灌溉。爱河流域土壤在全国属于东部湿润、半湿润地区森林封群系，据GB 50288—99《灌溉与排水工程设计规范》的有关规定，灌溉保证率取75%。

大堡干渠全长2853m，设计灌溉面积5000亩，渠道现浇钢筋混凝土板防渗。工程场地位于八道河（爱河的一条支流）的阶地上，阶地上现广泛分布农田，标准冻深为1.0m。干渠本次沟渠两侧槽壁的土层以耕土层为主，成分主要为粉土混粘土及少量的圆砾，其渗透等级为中等透水性，而沟渠的槽底土层多为砂卵石层，其密实度较好，强度较高，渗透性等级为强透水性，沟槽开挖坡比宜缓于1：1.0。根据勘测数据，现有渠道比降0.5‰。

3.2 灌溉流量计算

以现状灌溉作为基础，水田用水的最大值发生在泡田期，参照辽宁省水利勘测设计院编制的《辽宁省各种作物灌溉制度分析》[7]，水稻灌溉制度设计中泡田期用水定额为2250m3/hm2，续灌时间为T=10d，得出灌区的灌水率：

大堡干渠灌溉面积5000亩，取渠系水利用系数0.75，田间水利用系数0.95，得出大堡干渠的设计流量：

3.3 渠道水力要素计算

渠道比降应尽量接近地面坡度，以减小挖、填方工程量且满足不冲、不淤或冲淤平衡。根据实际勘测资料结合工程实际，计算分析确定灌渠的比降i=0.5‰。结合工程区的土质情况，参考GB 50288—99《灌溉与排水工程设计规范》中规定的最小边坡系选定m=1.25。渠道采用混凝土衬砌，查渠道糙率表得n=0.017。

可计算h0、b0：

b0=2[（1+m2）1/2-m]h0=2×[（1+1.252）1/2-1.25]×0.90=0.63m

可计算水力最佳断面面积A0：

A0=b0h0+mh02=0.63×0.90+1.25×0.902=1.58m2

可计算水力最佳断面的流速v0：

v0=Q/A0=1.22/1.58=0.77m/s

根据GB 50288—99《灌溉与排水工程设计规范》中的规定，查得α=1.00、1.01、1.02、1.03、1.04相应的h/h0值，及与α、m相应的β值，并分别计算相应的v、h和b值，列于表1。

根据表1绘制b=f（h）和v=f（h）的渠道特性曲线，如图1所示。

根据大堡干渠实际情况按接近水力最佳断面，取渠道底宽0.8m，由图1可知h=0.85m，相应的流速v=0.77m/s。

3.4 渠道岸顶超高计算

取流量的加大系数为1.3，加大流量为Q加=1.59m3/s，可计算相应的水深hb=0.96m。Q加=1.59m3/s<5m3/s可知本工程渠道建筑物等级为5级，可计算：

取渠道岸顶超高0.44m。

3.5 设计渠道流速校核

①渠道的流速应小于渠槽的抗冲流速。在加大流量下：

Ab=bhb+mh2b=0.8×0.96+1.25×0.962=1.92m2

？字b=b+2（1+m2）1/2hb=0.8+2×（1+1.252）1/2×0.96=3.87m

Rb=Ab/？字b=1.92/3.87=0.50m≠1.0m

vb=Q/Ab=1.59/1.92=0.83m/s

渠道为现场浇筑混凝土渠道，允许不冲流速为：

可知，渠道在加大流量下的流速小于不冲流速，满足不冲要求。

②渠道流速应大于渠槽的不淤流速，才能使渠道中没有泥沙淤积。取最小流量为设计流量的49%，Qmin=0.60m3/s，相应的水深hmin=0.60m（不低于设计水深0.85m的70%）。此时：

Amin=bhmin+mh2min=0.8×0.60+1.25×0.602=0.93m2

？字min=b+2（1+m2）1/2hmin=0.8+2×（1+1.252）1/2×0.60=2.72m

Rmin=Amin/？字min=0.93/2.72=0.34m≠1.0m

vmin=Q/Amin=0.60/0.93=0.65m/s

4 結论

本文针对爱河中型灌区的实际情况，运用明渠均匀流求水力要素的方法，分别对大堡干渠的水力最大断面和实用经济断面进行设计，得出的主要结论如下：①目前，爱河中型灌区的渠系及渠系建筑物年久失修，跑、冒、滴、漏现象严重，已无法满足日常灌溉需求，亟须解决。②通过计算大堡干渠的水力最佳断面，并在合理的变动范围内结合工程实际设计断面，使渠道断面为宽浅型，便于施工与管理。③分别选用加大流量和最小流量对渠道的不冲流速和不淤流速时行校核，结果v不淤

【参考文献】

【1】谌洪烨.基于小型农田水利工程的灌渠设计[J].黑龙江水利科技，2014（2）：152-153.

【2】刘媛.小型农田水利工程中灌渠设计问题研究[J].工程技术，2016（7）：139.

【3】孙艳红.农田水利工程的灌渠设计探讨[J].水利科技，2013（30）：261.

【4】冯学慧.农田水利工程的灌渠设计[J].硅谷，2012（23）：88+108.

【5】金敬哲.浅谈农田水利工程的灌渠设计[J].中国科技纵横，2012（19）：78.

【6】卢燕芬.浅谈小型农田水利工程之灌渠的设计[J].科技资讯，2008（21）：38.

【7】章西林.辽宁省土地整理规划设计中各种作物灌溉制度分析.[J].现代农业科技，2012（3）：277-281.

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