夹马口北扩灌区末级渠系工程设计

潘俊鹏，武 强

（运城市夹马口引黄管理局，山西 运城 044000）

1 概况

夹马口引黄工程是山西省一座大型高扬程提黄灌溉工程，设计灌溉面积6.06万hm2。水源站位于黄河小北干流龙门下游64.5 km的吴王渡口附近；夹马口一级站位于黄河小北干流中段左岸的夹马口村附近，上游距龙门72.5 km，下游距潼关60 km；小樊一级站位于夹马口下游4 km；泉杜站位于泉杜村西约1.0 km处，在一级干渠桩号23+300处取水。该灌区设计提水流量24.5m3/s，共安装机组65台，总装机容量8.05万kW，主要灌溉临猗县4.58万hm2、永济市1.15万hm2和万荣县0.33万hm2农田，受益范围涵盖临猗、永济、万荣3县（市）19个乡镇45万人。灌区分夹马口、小樊和北扩灌区三部分。其中北扩灌区骨干渠道于2009年底建成通水，设计灌溉面积2.71万hm2，目前末级渠系配套面积1.6万hm2，达到设计面积的59.1%。北扩灌区内地势平坦，固定渠道分为干渠、支渠、斗渠、农渠四级。

2 灌区骨干渠道布置形式

夹马口灌区北扩工程是在原夹马口引黄工程基础上扩建的。工程从一级干渠桩号23+300处取水，通过266m引水渠和5369m长的压力管路，将水送到柳村村东553.0m高程的出水池。扩建灌区骨干渠道全部采用明渠输水，从出水池开始沿东偏北550m高程方向，途经岭后、福寿屯、西陈翟、元家庄、小闫、罗村到万荣县埝底村北，全长27.005 km，沿途布置16条支渠，在支渠上设置分水口，布置斗渠，在斗渠上设置分水口流入农渠或田间进行灌溉。

3 末级渠道输水形式

夹马口灌区渠道实行支渠续灌，斗渠和农渠轮灌工作制，轮灌是指在同一渠道一次灌水延续时间内轮流输水的工作形式。实行轮灌时，缩短了各条渠道的输水时间，加大了输水流量，同时工作的渠道长度较短，减少了输水损失水量，有利于农业耕作和灌水工作的配合，有利于提高灌水工作效率。

4 末级渠道布置原则

运城峨嵋台垣地形平坦开阔，耕地集中连片，耕种的田块一般呈规则的长方形、正方形。在斗渠、农渠规划中，要结合地形地貌特点和控制的面积，全面规划，统筹兼顾。一是在可能的条件下，渠道尽量走高线，以扩大自流灌溉面积。二是渠线布置尽量避免深挖、高填及险工地段，以保证工程安全。三是管理运行方便，考虑行政村庄的界限，尽量做到斗渠不跨村界供水。四是渠线布置结合道路、林带及耕作地段，力求直、短，建筑物数量少，尽可能少占耕地，少拆民房，避免交叉工程，以减少工程量，降低工程造价。五是利用有利的地形条件，合理设置退水建筑物，保证重要渠段及建筑物的安全。六是根据实际地形做到渠林路相结合，尽量占用耕地较少、工程量较小，斗渠长度一般为700～1200m，间距基本按现状地形300～500m，控制面积 20～53.33 hm2。

5 末级渠道设计要求

5.1 渠道设计原则

渠道设计应满足以下原则：一是渠道断面设计力求合理，纵坡与地形相宜，以节约占地，减小工程量，降低投资。二是渠道均采取衬砌防渗措施，以提高渠系水利用系数，发展节水灌溉。三是渠道流速按不淤流速考虑，斗渠引水口与支渠渠底齐平，以减少上一级渠道淤积，有利于用水用沙。支、斗渠水位高出地面一般为0.2～0.3m，但在无分出下一级渠道的渠段，允许低于地面。农渠水位高出地面0.1～0.2m，对于局部高地允许与地面相平或稍低。各级渠道进口水位高程应满足控制面积的引水高程和引水流量。四是各级渠道上设置一定数量的量水、分水节制及其他建筑物，以方便运行管理。

5.2 渠系建筑物设计原则

渠系建筑物应满足以下原则：一是满足渠系输水、分水、量水、防洪等要求，保证渠系正常运行；建筑物数量、类型在满足安全运行，便于管理的条件下，力求做到数量少、工程量省。有条件时尽量采用联合布置方式；流态稳定，水头损失小。二是建筑物的设计力求技术先进，经济合理，安全实用，在可能的条件下注意美观。三是对于一般建筑物，尽量采用定型设计和装配式结构。对规模较大和技术性比较复杂的建筑物应进行专门设计。四是因地制宜，就地取材，结合当地建筑材料的储量情况，合理选择建筑物的结构形式，尽量达到造价低、工程量省及施工便利的目的。

6 末级渠道横断面结构设计

根据《渠道防渗工程技术规范》，防渗断面形式明渠可选用矩形、梯形、U型和复合形。考虑到该工程水源含沙、气候、地质等条件的影响，结合夹马口灌区多年运行经验，末级渠道均采用混凝土U型渠，其优点主要有：水力条件好，近似最佳水力断面，可减少衬砌工程量，输沙能力强，有利于高含沙引水。在冻胀性和湿陷性地基上有一定的适应地基不均匀变形的能力。渠口窄，节省土地，减少挖填方量。整体性强，防渗效果优于梯形渠道。便于机械化施工，可加快施工进度。

7 末级渠道流量计算

渠道输水能力根据明渠均匀流公式计算：

式中：Q——设计过水流量，m3/s；

A——过水断面面积，m2；

i——渠道纵坡。

轮灌渠道正常流量按下述公式计算：

式中：Qn——轮灌渠道的正常流量，m3/s；

N——该渠道轮灌组数；

An——该渠道轮灌组平均灌溉面积，hm2；

ηn——该轮灌渠道至田间的灌溉水利用系数。

8 渠道要求的水位控制高程及纵断面水位衔接

8.1 渠道水位控制高程

末级渠道进口的设计水位，应综合考虑支渠分水口运行水位，从田面控制点高程自下而上逐级推求，以田间灌水所需水头为渠道末点计算高程。为了保证渠道所控制的灌溉面积均能进行自流灌溉，末级渠道（农渠）放水口的水位应高出平整后田面0.1～0.2m左右。

8.2 渠道纵断面的水位衔接

不同断面渠段间的水位衔接：为保证渠道稳定的引水水位，不同断面间的水位衔接采用只变断面不变水深的连接方式。

沿途建筑物的衔接：渠道通过各种建筑物时，均需损失一部分水头，如不考虑，将造成建筑物的壅水现象，致使水流流速减缓，泥沙淤积，超高减小，因此设计中对于水头损失较大的建筑物均留了一定的损失余量，以使水位良好衔接。

上、下级渠道水位衔接与节制闸：该灌区以含沙量较高的黄河水为水源，考虑到泥沙颗粒较小对农田耕作无不良影响，为减小渠中的泥沙淤积，使水流挟沙入田，起到改良土壤促进增产的作用，设计中在满足下级渠道引水的前提下，使所有下级渠道引水口底高程均保持与上级渠底齐平。对于斗、农渠间的水位衔接，应区别不同情况采取相应的工程措施。当斗渠通过设计流量时，农渠亦按设计流量取水，但当斗渠通过最小流量时，农渠取水便得不到保障，须在斗渠上修建一定数量的节制闸来抬高水位，以满足农渠的取水要求，一般使每个节制闸控制2～4个农口。为了保证渠道安全运行，节制闸壅水后的水位要求应不高于渠道设计水位。

9 结语

夹马口北扩灌区设计灌溉面积2.71万hm2，目前末级渠系配套面积1.6万hm2，年灌溉水量4600余万m3，效益显著。剩余面积斗渠配套工程规划在“十三五”期间实施，工程全面完成后，北扩灌区年灌溉用水量将达到8000余万m3，末级渠系配套工程完成后，将大大提升灌区灌溉效益，有效改善当地农业生产条件，促进当地经济发展。