灌区改造工程渠道横断面设计

2017-04-13易鹏新疆伊犁州喀什河流域管理处

河南水利与南水北调 2017年3期

□易鹏（新疆伊犁州喀什河流域管理处）

灌区改造工程渠道横断面设计

□易鹏（新疆伊犁州喀什河流域管理处）

喀什河下游灌区位于伊犁河北岸，东起白石墩，西至霍城县惠远镇的沙尔布拉克沟，北连伊宁县、霍城县灌区，南临伊犁河。灌区包含伊宁市、霍城县、伊利县两县一市，灌区东西长90 km，南北平均宽18.50 km，总面积为1468.70 km2。文章结合喀什河下游灌区改造工程实际情况，探讨了灌区改造工程横断面设计中的关键问题，包括渠道不冲不淤流速、水力最佳断面、实用经济断面的确定，以及渠道水力要素的计算，以期为类似工程提供借鉴。

灌区；渠道；横断面设计；水力最佳断面

1 灌区概况

灌区为喀什河和伊犁河北山沟水系的山前冲洪积倾斜平原，地形较平坦，地势东高西低，地面纵坡1/500～1/2 500，海拔高程534～850 m，河流纵横、水系发达，灌区内制备覆盖率较高。灌区属温带大陆性半干旱气候，根据伊犁气象站统计资料，自东至西年降水量337～148mm，年蒸发量1 600～2 117 mm，年平均气温8.30～9.90℃，年最高气温出现在7月，为37.90℃，最低气温出现在1月，为-40.40℃。无霜期160 d左右，年日照时数2 700～2 800h。

2 渠道横断面设计的关键问题

2.1 确定渠道边坡系数

渠道边坡系数是反映渠道边坡稳定程度的参数指标，其取值根据土质、挖填深度和水深等参数的不同而变化，在原渠道边坡稳定情况的基础上确定本工程渠道内边坡系数为1:1.75，外边坡系数为1∶1.50。

2.2 确定渠道不冲不淤流速

在保证渠床稳定的基础上，设计流量时渠道的平均流速v必须满足如下要求：

2.2.1 渠道不冲流速

影响喀什河下游灌区渠道不冲流速的因数主要有渠床抗冲强度、水流含沙量、渠道断面水力要素等，拟改建的渠道工程均为现浇混凝土板与浆砌石衬砌，按照《渠道防渗工程设计规范》（SL18-2 004）的相关要求，现浇混凝土板与浆砌石所允许的不冲流速均不超过5 m/s，在此前提下可以求得干渠设计流速＜v不冲。

2.2.2 渠道不淤流速

影响喀什河下游灌区渠道不淤流速的因素主要包括渠道含沙量、泥沙粒径、断面水力要素等，结合《水力学计算手册》所规定的已知流量与土质情况下的简化公式便可计算出喀什河下游灌区渠道不淤流速。

式中：A为系数，按照《水力学计算手册》，取A=0.33；Q为渠道运行最小流量（m3/s）。

将相关数据代入上式，便可求得喀什河下游灌区各段渠道不冲不淤流速情况。具体见表1。

表1 喀什河下游灌区团结渠渠道不冲不淤流速情况表

经计算，干渠设计流速＞v不淤，而＜v不冲，完全符合要求。

2.3 渠道横断面设计

2.3.1 水力最佳断面和实用经济断面

渠道横断面设计既影响渠道本身的工程量，又关系到相关建筑物的工程量和投资，渠道最佳断面主要根据工程地质条件及施工规范所规定的不冲不淤要求确定。梯形断面是常见的一种水力断面型式，占地少、施工过程简单、运行安全可靠，本工程主要选用窄深式水力断面作为实用经济断面，其水深与底宽可以适应各种情况，且能基本满足水力最佳断面的要求。

2.3.2 渠道水力要素

假设渠道设计流量、比降及糙率相同的情况下，不同型式的渠道断面所要求的输水能力、工程量、施工程序及断面的稳定程度等各不相同。本工程梯形渠道水力最佳断面水力要素的计算公式如下：

式中：h0为水力最佳断面水深（m）；n为渠床糙率；Q为渠道设计流量（m3/s）；m为渠道内边坡系数；i为渠底比降；b0为水力最佳断面底宽（m）；A0为水力最佳断面的过水断面面积（m2）；x0为水力最佳断面湿周（m）；R0为最佳水力半径（m）；V0为最佳断面流速（m/s）。根据上式的计算结果如表2。

表2 喀什河下游灌区团结渠渠道水力要素计算结果表

由《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）中附录H，表H.0.3查出与α=1.00、1.01、1.02、、1.03、1.04相应的h/h0值，以及与α、m相应的β值，分别按下述公式计算相应的h、b及v、A、R值

表4 喀什河下游灌区团结渠渠道经济断面水深计算表

式中：α—水力最佳断面流速与实用经济断面流速比值；h—实用经济断面水深；V—实用经济断面流速；A—实用经济断面过水断面面积；X—实用经济断面湿周（m）；R—实用经济断面的水力半径；b0—实用经济断面底宽；β—实用经济断面底宽与水深的比值。计算结果见表3、表4。

3 结论

在进行喀什河下游灌区改造工程渠道横断面设计时，Q设=8.50 m3/s，Q加=10.60 m3/s，b0=7.78×10-1是水力最佳断面，设计水深为0.93 m，加大水深为1.05 m，水深大而底宽小，属于窄深式渠道结构，这种渠道对填方渠道的稳定性要求较高，填方量与投资要求较高，为此必须从实际出发，保证断面经济实用，节省投资，以此保证灌区改造工程安全运行。