辽阳灌区改造工程三分干渠道水力计算与设计分析

艾洪霞

辽阳灌区改造工程三分干渠道水力计算与设计分析

艾洪霞

（辽阳市辽阳灌区管理处，辽宁辽阳111000）

辽阳灌区三分干工程包括节制闸、引水闸、分干渠道和建筑物等。经过多年的运行，大部分骨干工程现已严重破损，多为带病运行，急需进行节水配套改造建设。通过对三分干渠道的水力计算与改造设计分析，对辽阳灌区进行节水配套改造二期工程的建设实施后对现有渠道影响不大，在三分干进水闸处可通过进水闸门进行调节。改造后三分干渠道均可通过设计流量，如果特殊地段产生渠顶高度不够的情况可采用局部渠顶加高的方式解决。

灌区；节水；改造；渠道；水力计算；设计分析

1 基本概况

辽阳灌区位于辽阳城西，渠首建在城东鹅房，利用护城河为引水总干，穿城而过，灌溉城西广大平原沿河土地。灌区控制面积185 km2，灌区总人口22.82万人，其中农业人口17.33万人，总耕地面积23 973 hm2，其中水田实际灌溉面积6 733 hm2。辽阳灌区骨干工程建于1958年，其中一部分于2008年利用农业开发资金进行了改造。但仍有大部分骨干工程至今已运行54 a。多数工程病险、老化、损坏严重，其完好率为60%［1］。辽阳灌区骨干工程（三分干）包括节制闸、引水闸、分干渠道和建筑物等。经过多年的运行，大部分骨干工程现已严重破损，很多都是带病运行。干支渠的渗漏、滑坡、坍塌、淤积；建筑物出现倾斜、漏水；机电设备老化，运转困难等。有必要对辽阳灌区进行节水配套改造。

2 水力计算与设计分析

2.1 三分干渠道水力计算

2.1.1 渠道流量计算

2.1.1.1 基本数据采用

1）泡田时间及灌溉渠道的工作制度：根据《灌溉与排水工程设计规范》的要求，取泡田期为7 d，灌溉渠道的工作方式为轮灌方式。

2）灌水率的确定：根据辽阳灌区水田灌溉制度分析，泡田期灌水率为q泡插＝1.07 m3／s·hm2，为修正后的水稻灌水率的最大值。

3）各级渠道水利用系数：渠系水利用系数综合地反映了渠道工作状况和灌溉管理水平，是衡量灌区管理水平的重要指标。辽阳灌区渠道分三级，即干渠、支渠和斗渠；根据灌区实际情况，灌区进行节水配套改造后，渠系水利用系数约为0.7，田间水利用系数为0.95，灌溉水利用系数为0.65。

2.1.1.2 渠道设计流量

渠道的设计流量又称为正常流量，一般指p＝75%代表年份，为了满足作物的需水要求，在灌水高峰期渠道应该通过的流量见表1。考虑到辽阳灌区灌溉面积纵身长，中下游采用轮灌方式，灌水历时长，无法适应水库短历时，大流量的供水方式，严重制约着用水户的生产用水，加大流量后能够在一定程度上缓解目前的生产状况，利于生产。

表1 三分干渠道设计流量表

1）渠道加大流量（Q加大）。在特殊情况下，如改变作物种植比例，临时扩大灌溉面积，或遇到严重旱情和分洪泄流等，渠道能安全通过的最大流量为加大流量。一般是根据设计流量，适当选择一个加大百分数来确定。渠道加大流量是设计渠道堤顶高程的依据。灌区改造设计建筑物时，应按本次总干渠推求的设计流量设计，按加大流量校核。在没有扩大规模改建以前，渠首应该不引加大流量。灌区总干、干渠和支渠均为续灌渠道，应按设计流量加大百分数。按《灌溉与排水工程设计规范》中的表取用，本灌区属湿润地区，可取小值（即表中的下限），加大流量取值设计流量的20%。

2）渠道最小流量（Q最小）。因水源来水不足而必须缩减供水时，或当渠道对种植面积较小，需水量较少的作物单独供水时，可出现渠道的最小流量。其最小流量是用来验算渠道的控制水位和渠道的不淤条件。为了保证灌区总干渠向下级渠道正常配水，要求最小流量与设计流量不要相差过大，应等于或大于渠道设计流量的40%。经计算，灌区三分干渠道最小流量计算详见表2。

表2 三分干渠道设计流量表

2.1.2 渠道断面设计

根据渠道的设计流量，进行渠道断面设计，渠道断面设计分为纵断面设计和横断面设计［2］。

1）渠道的纵断面设计

改造后的渠道，既要使渠道断面通过设计流量和保持渠床的稳定，还要保持一定的水位，保证自流灌溉的要求。

2）渠道的横断面设计

渠道横断面结构应满足稳定条件是既不发生冲刷又不发生淤积，或在一定时期冲淤平衡，渠床和边坡保持稳定；设计的断面有足够的输水能力；渠道的渗漏损失最小；便于施工和运用管理，工程量小，造价低。由于现有渠道冲刷严重，部分总干和分干都发生了渗漏、滑坡、坍塌，渠道淤积的现象，致使过水断面缩小，渠道的输水能力降低，因此渠道必须进行防冲护砌和防渗处理。

2.1.3 渠道的水力计算

按照已确定的渠道设计流量，通过水力计算，确定渠道的断面尺寸。采用明渠均匀流基本公式计算，即

式中：Q为渠道设计流量；A为渠道过水断面面积；R为水力半径，m；i为水面比降，在均匀流中与渠底比降一致；C为谢才系数，一般用曼宁公式C＝n为渠床糙率。

有关参数的确定：

1）渠道纵向比降i的选择。应尽量接近地面坡度，避免挖、填方过大。本次三分干渠道渠底设计比降也是尽量减少挖方和填方量为原则，尽量利用现有渠底高程。

2）渠床造率的选择。渠床糙率n值的选择，应尽量符合或接近渠床的糙率。

浆砌石段糙率取n＝0.02，混凝土段n＝0.012，土渠渠底n＝0.0225。

3）渠道的边坡系数m的选择。灌区渠道为梯形断面，其边坡根据衬砌结构而定。三分干采用浆砌石挡土墙与混凝土面板分段结合的衬砌形式，边坡系数m＝0.33（混凝土板为1）。

4）渠道的不冲不淤流速。渠道的不冲流速是指水流通过渠道时，渠床上的泥沙不致冲刷的水流速度。一般渠道的不冲流速，可参考表选定。本次干渠水力计算的不冲流速，对于不衬砌的渠道，根据渠床的土质情况选择不冲流速，对于衬砌渠道，根据防渗衬砌的结构形式选择不冲流速。用由《灌溉与排水工程设计规范》附录F中选择的不冲流速，复核三分干渠水力计算的不冲流速符合要求。渠道的不淤流速是指渠道中水流挟带的泥沙，当水流速度小到一定程度时，有一部分泥沙就会在渠道中淤积，在泥沙将要淤积而尚未淤积时的流速。为了防止渠道泥沙淤积和杂草丛生，渠道的最小流速允许值为：大型渠道要求断面平均流速＞0.5 m／s，小型渠道＞0.3 m／s。本次三分干渠水力计算的各断面的平均流速均＞0.5 m／s，故满足要求［3］。

综上所述，本次三分干渠道流速满足不冲不淤流速要求，说明渠道断面设计是合理的。灌区三分干渠道的水力计算成果详见表3。

表3 辽阳灌区三分干渠道水利要素表

2.1.4 渠道防渗、防冲护砌形式的选择

目前，渠道防渗形式主要有土料防渗、砌石防渗、混凝土防渗、土工膜防渗、沥青材料防渗等，本次设计对各种防渗材料的防渗效果、使用年限等进行了方案比较，重点对石料类和混凝土类进行了比较，其结果见表4。

表4 不同材料的渠道护砌方案主要技术指标比较表

结合表4以及灌区的地形、地质、气温等条件，结合三分干渠道，有抗冻和抗冲性能要求，衬砌形式需要有较强的稳定渠道作用的特点，同时为了与一期工程修建的护坡衔接，本次设计护坡为顺砌原护坡形式，采用浆砌石挡土墙衬砌形式和混凝土护坡形式。

2.2 三分干水面线校核

三分干本次规划设计流量14 m3／s，改造渠道末尾1＋000处水深1.381 m。三分干1＋000段下游现有渠道断面为底宽9.5 m，边坡系数1.5，渠高1.9 m，纵坡比1／7000，规划设计断面时渠底高程没有大变化，根据明渠均匀流计算公式可得水深1.2 m。没有漫顶现象发生。

对辽阳灌区进行节水配套改造二期工程的建设实施后对现有渠道影响不大，在三分干进水闸处可通过进水闸门进行调节。改造后三分干渠道均可通过设计流量，如果特殊地段产生渠顶高度不够的情况可采用局部渠顶加高的方式解决。从三分干渠道的水力计算与渠道断面的选择及防渗、防冲刷护砌形式的选择看出工程建设切实可行。

［1］何荣星.辽阳灌区骨干工程主要问题与项目建设必要性［J］.水利技术监督，2015（01）：23-24＋48.

［2］何荣星.辽阳灌区节水配套二期改造工程分析［J］.水利技术监督，2014（06）：57-59.

［3］白宝丰；宋旸；贾铭洋.辽阳灌区改造二期工程水资源供需平衡分析［J］.黑龙江水利科技，2014（11）：92-94.

Hydraulic Calculation and Design Analysis of No.3 Main Canal of Reformation Project in Liaoyang Irrigation Area

Ai Hong-xia
（Liaoning Provinc Liaoyang Irrigation Area Management Department of，Liaoyang 111000，China）

No.3 main cannel project of Liaoyang irrigation area includes sluice gate，diversion gate，separate main cannel and construction.Most of the key project has been damaged seriously after operation for many years，hard in operating and urgent to be reformed and constructed especially the water-saving transformation project.Through hydraulic calculation and reformation design analysis for No.3 main cannel，the completion of No.2 water-saving transformation had little impaction on existing channel in the Liaoyang irrigation area，the intake gatemy be used to adjust at the inlet sluice of No.3 main cannel.No.3 main cannel may meet the demands of design flow after reformation，partial channel crest may be heightened if the crest height is not enough in some special sections.

irrigation area；water-saving；reformation；channel；hydraulic calculation；design analysis

TV133

B

1007-7596（2015）07-0030-03

2015-06-28

艾洪霞（1978-），女，辽宁辽阳人，工程师，研究方向为节水灌溉、水利工程施工监理等。