某县新增千亿斤粮食产能规划渠道工程典型设计

冯　露　刘锦雯

某县新增千亿斤粮食产能规划渠道工程典型设计

冯露刘锦雯

一、项目建设背景

我国是世界人口大国和粮食消费大国，粮食问题始终是国民经济发展中的重中之重。党中央、国务院从2004年起连续以一号文件形式，出台了一系列政策措施，加大对粮食主产区的扶持力度，旨在稳定和提高粮食综合生产能力，增强粮食产品市场竞争力，促进农业增效和农民增收。

某县渠道工程主要建设内容为：（1）新建防渗渠道27.595km，其中斗渠长18.185km，农渠长9.41km；扩建泵站1座，新建管道灌溉站2座；配套建筑物386座；配套电磁流量计8套；疏浚排涝沟4.36km；低压管道灌溉2000亩。（2）田间道路工程：新铺生产路2500m；机耕桥7座。

根据《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99），确定该项目区内垫湖站为4级，配套建筑物均为5级，梅花斗渠1和梅花斗渠2为4级，其余渠道级别均为5级。

二、典型渠道工程设计

该工程斗渠、农渠断面均为梯形断面，防渗结构型式基本相同，项目共安排7种规格渠道进行混凝土衬砌，选择斗渠4及农渠5作为典型设计，简要介绍设计过程。项目区的灌溉制度多采用续灌，根据此灌溉制度推求各渠道的灌溉流量。

1.设计流量推算

设计流量按下式计算：

式中：qs—设计灌水率，1.3m3/（s·万亩）；

AS—渠道灌溉面积（万亩）；

η—渠道至田间的灌溉水利用系数，取0.65。

斗渠4灌溉面积为0.34万亩，农渠5灌溉面积为0.07万亩，则斗渠4设计流量为1.05m3/s，农渠5设计流量为0.2m3/s。

2.横断面设计

渠道横断面采用梯形水力最优断面，设计采用明渠均匀流公式，按《灌溉与排水工程设计规范》附录H提供公式计算。斗渠4与农渠5设计断面见表1。

表1　渠道横断面计算成果表

3.核算不冲不淤流速

根据表1确定的渠道横断面尺寸和最大流量与最小流量，按照明渠均匀流公式可得出加大流量时的最大流速 Vm ax和最小流量时的最小流速Vm in。按照《灌溉与排水工程设计规范》要求：Vm axVcd（不淤流速），通过计算，确定断面满足渠道不冲不淤流速要求，计算成果见表2。由表2可知，渠道设计横断面满足渠道不冲不淤流速要求。

表2　渠道不冲不淤流速核算表

4.渠道纵断面设计

结合项目区的地面高程，渠道现状底纵坡降确定设计渠道的纵比降，由于梅花项目区梅花斗渠1与梅花斗渠2渠道长度长，灌溉面积大，且灌溉地势相对平缓，为进一步减少水头损失，梅花斗渠渠底比降取1/20000，其余斗渠比降均为1/8000，农渠为1/5000。

一般情况下，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，并结合已实施的各干渠渠道提灌站出水水位、支渠渠首闸闸下设计水位综合确定。此次梅花项目区的渠道均直挂于重梅灌区东分干渠，上塘项目区渠道直挂于上塘项目区斗渠1。此次实施工程，除梅花项目区梅花斗渠和上塘项目区斗渠1为提水灌溉渠道，其余均为自流灌溉渠道。现以梅花项目区斗渠4为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进—渠道进水口处的设计水位，m；

H0—渠道灌溉面积上控制点的地面高程，m；

Δh—控制点附近末级固定渠道水面高程，取0.2m；

L—各级渠道的长度（m）；

i—各级渠道的比降；

Σhj—水流通过渠系建筑物的水头损失。

农渠5总长为1460m。农渠末端灌溉的田面高程为17.75m，渠底比降为1/5000，农渠水头损失为0.30m，单个涵洞损失0.05m，渡槽损失0.1m，由农渠5渠首水位可推得农渠闸上水位为17.55+0.30+5×0.05+0.1+0.2=18.40m。

根据上述推求过程可得斗渠4沿线各农渠渠首水位，以此推得斗渠渠首闸下水位最高为18.60m。

（2）自上而下推算斗渠渠首水位（见表3）

表3　斗渠4水位推求过程表

斗渠4直挂于重梅灌区东分干渠，距离东分干渠桩号K9+900距离约4.6km，东分干渠桩号K9+900渠道水位为19.27m，渠底比降为1/20000，由此推得斗渠4渠首闸上水位为19.27-4600/20000=19.04m。考虑节制闸损失0.2m，涵洞损失0.1m，则渠首闸下水位为18.74m。

经过比较可知，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，因此满足自流灌溉要求。由于两者水位相近，为了进一步提高灌溉保证率，斗渠渠首闸下水位采用自上而下推算的水位，即18.74m。

根据上述推求过程，斗渠4与农渠7的设计成果详见表4。

表4　渠道设计参数表

根据《灌溉与排水工程设计规范》，该工程中的渠道均为5级渠道。由于梅花项目区渠道由梅花斗渠引水灌溉，灌溉面积大，设计水深为1.8m，渠道岸顶超高0.7m，其余斗渠按设计水位超高0.30m，农渠按设计水位超高0.20m。

三、渠道护砌结构布置

此次护砌设计原则是结合前期及其他工程的成功经验及工程实际情况，并充分兼顾人水和谐与生态水保，确定渠道工程护砌形式如下：

（1）梅花斗渠采用混凝土与连锁块相结合的护砌方式，混凝土护坡每隔200m设置一段20m生态段，即连锁块护坡。渠道下部护砌至设计水位，上部采用草皮护坡，混凝土护坡厚度为100mm。渠两侧护坡每隔200m交替设置混凝土踏步一道，踏步总宽1.6m。

（2）其他斗渠采用混凝土与连锁块相结合的护砌方式，混凝土护坡每隔200m设置段20m生态段，即连锁块护坡。渠道下部护砌至设计水位，上部采用草皮护坡，混凝土护坡厚度为80mm。渠两侧护坡每隔200m交替设置混凝土踏步一道，踏步总宽1.6m。

（3）农渠渠道渠坡与渠底采用混凝土护砌，护砌厚度为60mm；混凝土护坡衬砌到设计水位，设计水位以上采用草籽护坡，草籽品种为狗牙根。

（4）该工程拟在沿渠纵向每隔5m，设2cm宽伸缩缝，以适应温度变化、冻胀、基础不均匀沉陷等原因引起的变形■

（作者单位：安徽省·水利部淮委水利科学研究院230088南水北调东线江苏水源有限责任公司210000）