某縣新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃渠道工程典型設(shè)計(jì)

馮　露　劉錦雯

某縣新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃渠道工程典型設(shè)計(jì)

馮露劉錦雯

一、項(xiàng)目建設(shè)背景

我國(guó)是世界人口大國(guó)和糧食消費(fèi)大國(guó)，糧食問(wèn)題始終是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重中之重。黨中央、國(guó)務(wù)院從2004年起連續(xù)以一號(hào)文件形式，出臺(tái)了一系列政策措施，加大對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)的扶持力度，旨在穩(wěn)定和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，增強(qiáng)糧食產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收。

某縣渠道工程主要建設(shè)內(nèi)容為：（1）新建防滲渠道27.595km，其中斗渠長(zhǎng)18.185km，農(nóng)渠長(zhǎng)9.41km；擴(kuò)建泵站1座，新建管道灌溉站2座；配套建筑物386座；配套電磁流量計(jì)8套；疏浚排澇溝4.36km；低壓管道灌溉2000畝。（2）田間道路工程：新鋪生產(chǎn)路2500m；機(jī)耕橋7座。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288-99），確定該項(xiàng)目區(qū)內(nèi)墊湖站為4級(jí)，配套建筑物均為5級(jí)，梅花斗渠1和梅花斗渠2為4級(jí)，其余渠道級(jí)別均為5級(jí)。

二、典型渠道工程設(shè)計(jì)

該工程斗渠、農(nóng)渠斷面均為梯形斷面，防滲結(jié)構(gòu)型式基本相同，項(xiàng)目共安排7種規(guī)格渠道進(jìn)行混凝土襯砌，選擇斗渠4及農(nóng)渠5作為典型設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要介紹設(shè)計(jì)過(guò)程。項(xiàng)目區(qū)的灌溉制度多采用續(xù)灌，根據(jù)此灌溉制度推求各渠道的灌溉流量。

1.設(shè)計(jì)流量推算

設(shè)計(jì)流量按下式計(jì)算：

式中：qs—設(shè)計(jì)灌水率，1.3m3/（s·萬(wàn)畝）；

AS—渠道灌溉面積（萬(wàn)畝）；

η—渠道至田間的灌溉水利用系數(shù)，取0.65。

斗渠4灌溉面積為0.34萬(wàn)畝，農(nóng)渠5灌溉面積為0.07萬(wàn)畝，則斗渠4設(shè)計(jì)流量為1.05m3/s，農(nóng)渠5設(shè)計(jì)流量為0.2m3/s。

2.橫斷面設(shè)計(jì)

渠道橫斷面采用梯形水力最優(yōu)斷面，設(shè)計(jì)采用明渠均勻流公式，按《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄H提供公式計(jì)算。斗渠4與農(nóng)渠5設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)表1。

表1　渠道橫斷面計(jì)算成果表

3.核算不沖不淤流速

根據(jù)表1確定的渠道橫斷面尺寸和最大流量與最小流量，按照明渠均勻流公式可得出加大流量時(shí)的最大流速 Vm ax和最小流量時(shí)的最小流速Vm in。按照《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：Vm axVcd（不淤流速），通過(guò)計(jì)算，確定斷面滿足渠道不沖不淤流速要求，計(jì)算成果見(jiàn)表2。由表2可知，渠道設(shè)計(jì)橫斷面滿足渠道不沖不淤流速要求。

表2　渠道不沖不淤流速核算表

4.渠道縱斷面設(shè)計(jì)

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)的地面高程，渠道現(xiàn)狀底縱坡降確定設(shè)計(jì)渠道的縱比降，由于梅花項(xiàng)目區(qū)梅花斗渠1與梅花斗渠2渠道長(zhǎng)度長(zhǎng)，灌溉面積大，且灌溉地勢(shì)相對(duì)平緩，為進(jìn)一步減少水頭損失，梅花斗渠渠底比降取1/20000，其余斗渠比降均為1/8000，農(nóng)渠為1/5000。

一般情況下，自流灌溉渠道渠首水位采用自上而下推算，提灌渠道渠首水位采用自下而上推算，并結(jié)合已實(shí)施的各干渠渠道提灌站出水水位、支渠渠首閘閘下設(shè)計(jì)水位綜合確定。此次梅花項(xiàng)目區(qū)的渠道均直掛于重梅灌區(qū)東分干渠，上塘項(xiàng)目區(qū)渠道直掛于上塘項(xiàng)目區(qū)斗渠1。此次實(shí)施工程，除梅花項(xiàng)目區(qū)梅花斗渠和上塘項(xiàng)目區(qū)斗渠1為提水灌溉渠道，其余均為自流灌溉渠道?，F(xiàn)以梅花項(xiàng)目區(qū)斗渠4為例推求各渠道的渠首水位。

（1）自下而上推算斗渠渠首水位

H進(jìn)—渠道進(jìn)水口處的設(shè)計(jì)水位，m；

H0—渠道灌溉面積上控制點(diǎn)的地面高程，m；

Δh—控制點(diǎn)附近末級(jí)固定渠道水面高程，取0.2m；

L—各級(jí)渠道的長(zhǎng)度（m）；

i—各級(jí)渠道的比降；

Σhj—水流通過(guò)渠系建筑物的水頭損失。

農(nóng)渠5總長(zhǎng)為1460m。農(nóng)渠末端灌溉的田面高程為17.75m，渠底比降為1/5000，農(nóng)渠水頭損失為0.30m，單個(gè)涵洞損失0.05m，渡槽損失0.1m，由農(nóng)渠5渠首水位可推得農(nóng)渠閘上水位為17.55+0.30+5×0.05+0.1+0.2=18.40m。

根據(jù)上述推求過(guò)程可得斗渠4沿線各農(nóng)渠渠首水位，以此推得斗渠渠首閘下水位最高為18.60m。

（2）自上而下推算斗渠渠首水位（見(jiàn)表3）

表3　斗渠4水位推求過(guò)程表

斗渠4直掛于重梅灌區(qū)東分干渠，距離東分干渠樁號(hào)K9+900距離約4.6km，東分干渠樁號(hào)K9+900渠道水位為19.27m，渠底比降為1/20000，由此推得斗渠4渠首閘上水位為19.27-4600/20000=19.04m?？紤]節(jié)制閘損失0.2m，涵洞損失0.1m，則渠首閘下水位為18.74m。

經(jīng)過(guò)比較可知，自下而上推算出的斗渠首水位低于自上而下推算出的斗渠首水位，因此滿足自流灌溉要求。由于兩者水位相近，為了進(jìn)一步提高灌溉保證率，斗渠渠首閘下水位采用自上而下推算的水位，即18.74m。

根據(jù)上述推求過(guò)程，斗渠4與農(nóng)渠7的設(shè)計(jì)成果詳見(jiàn)表4。

表4　渠道設(shè)計(jì)參數(shù)表

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，該工程中的渠道均為5級(jí)渠道。由于梅花項(xiàng)目區(qū)渠道由梅花斗渠引水灌溉，灌溉面積大，設(shè)計(jì)水深為1.8m，渠道岸頂超高0.7m，其余斗渠按設(shè)計(jì)水位超高0.30m，農(nóng)渠按設(shè)計(jì)水位超高0.20m。

三、渠道護(hù)砌結(jié)構(gòu)布置

此次護(hù)砌設(shè)計(jì)原則是結(jié)合前期及其他工程的成功經(jīng)驗(yàn)及工程實(shí)際情況，并充分兼顧人水和諧與生態(tài)水保，確定渠道工程護(hù)砌形式如下：

（1）梅花斗渠采用混凝土與連鎖塊相結(jié)合的護(hù)砌方式，混凝土護(hù)坡每隔200m設(shè)置一段20m生態(tài)段，即連鎖塊護(hù)坡。渠道下部護(hù)砌至設(shè)計(jì)水位，上部采用草皮護(hù)坡，混凝土護(hù)坡厚度為100mm。渠兩側(cè)護(hù)坡每隔200m交替設(shè)置混凝土踏步一道，踏步總寬1.6m。

（2）其他斗渠采用混凝土與連鎖塊相結(jié)合的護(hù)砌方式，混凝土護(hù)坡每隔200m設(shè)置段20m生態(tài)段，即連鎖塊護(hù)坡。渠道下部護(hù)砌至設(shè)計(jì)水位，上部采用草皮護(hù)坡，混凝土護(hù)坡厚度為80mm。渠兩側(cè)護(hù)坡每隔200m交替設(shè)置混凝土踏步一道，踏步總寬1.6m。

（3）農(nóng)渠渠道渠坡與渠底采用混凝土護(hù)砌，護(hù)砌厚度為60mm；混凝土護(hù)坡襯砌到設(shè)計(jì)水位，設(shè)計(jì)水位以上采用草籽護(hù)坡，草籽品種為狗牙根。

（4）該工程擬在沿渠縱向每隔5m，設(shè)2cm寬伸縮縫，以適應(yīng)溫度變化、凍脹、基礎(chǔ)不均勻沉陷等原因引起的變形■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院230088南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司210000）