青龙山灌区灌排结合沟渠灌排反向断面设计方法

单雪峰，李相莉，岳 鹏

(黑龙江农垦勘测设计研究院有限公司，哈尔滨 150090)

1 灌区概述

青龙山灌区位于黑龙江省东北部，黑龙江中游右岸，位于富锦、同江、抚远、饶河两市两县交界处的三江平原腹地。灌区控制面积66.53×104hm2，设计灌溉面积53.52×104hm2，灌区规模为大(Ⅰ)型提水灌区，水源为黑龙江和地下水。灌区渠系布置采用灌排结合形式，排水沟道兼具灌溉输水和排水的双重功能。

2 基本情况

灌排结合沟渠根据灌溉与排水方向的异同，可分为灌排同向与灌排反向两种情况。青龙山灌区中，排干、支沟、斗沟均采用灌排结合模式，排干均为灌排同向；根据布置要求，个别支沟和部分斗沟为灌排反向。灌排同向沟道的水流条件为明渠均匀流，断面设计方法为常规设计；灌排反向沟道为逆坡灌溉，水流条件为明渠非均匀流，其断面设计相对复杂。本文选择中区前进农场内的灌排结合沟道——洪7-3支沟为例，对灌排反向断面设计给出具体的设计方法。洪7-3支沟排水面积2.76 km2，5年一遇排水流量0.41 m3/s，排水承泄区为洪七干沟；灌溉面积172.13 hm2，设计灌溉流量0.088 m3/s，灌溉水源也为洪七干沟。现状断面参数为：底宽2～5 m，边坡1∶2.5～1∶1，长1 649 m，平均底坡1/2 000～1/1 000。洪7-3支沟排水顺畅无需治理，故只进行灌溉工况断面设计。

3 设计原则

1) 灌排反向沟道断面设计采用明渠恒定非均匀流公式计算，并计算临界水深进行判定输水长度。

2) 断面设计时，需满足排、灌双重功能的同时，对设计断面进行经济方案比选，以工程量最小的确定为最终断面设计方案。

3) 若灌排结合沟道灌溉分水口(即排水出口)位置处的灌溉水位稍高于排水水位，出现影响排水时间情况，需从运行调度上解决。

4 断面设计步骤

1) 底坡初定。根据排水标准初算底坡i排。底坡初选时，可根据现状排水情况，结合实际地形情况，初算可采用底坡范围。

5) 水面计算。结合水面曲线水深和确定的i排数值，匹配计算设计水面线(水面曲线)，并确定灌排结合断面各参数。

5 参数计算

5.1 i排的计算

结合地面高程、现状沟底高程和沟道长度，初算得出：现状底坡i排现状=1/111 4。

采用明渠均匀流公式计算，i排在1/2 000～1/1 000范围内可满足排水标准。故选取i排1=1/1 000、i排2=1/1 200、i排3=1/1500、i排4=1/1 800共4个不同底坡分别进行试算比选。

首先采用矩形沟道临界水深计算公式，得出h临界=0.1 m。

5.3 水面曲线试算

根据i排的不同选取值及沟道现状断面参数，采用明渠恒定非均匀流公式，计算出满足灌溉水位要求水深。详见表1。

表1 i排1=1/1 000水面曲线及供水长度计算表

i排的不同选取值水面曲线及供水长度详见表2。

表2 不同底坡试算供水情况统计表

通过计算，i排1临界水深可灌溉输水至桩号1+433处，不能满足设计灌溉要求；i排2、i排3、i排4灌溉输水至桩号1+649处时，均大于临界水深0.5 m，可满足设计灌溉要求。对采用i排2、i排3、i排4共3个不同底坡沟道的工程量和工程占地进行方案比选，详见表3。

表3 不同i排方案工程投资比较表

从表3可见，i排2工程量和投资最少，工程占地最省，为设计底坡选定方案。

5.4 断面设计

根据表2成果，采用i排2=1/1 200计算设计沟底高程和水深及相应设计水面曲线，结果详见表4。

表4 设计沟底高程和水面线结果统计表

经以上设计过程，确定灌排结合沟道——洪7-3支沟断面设计参数：Q灌溉=0.088 m3/s，B设计=1 m，m设计=1.5，n=0.027 5，i设计=1/1 200，h设计=1.94～0.56 m。

6 结 语

在灌排结合灌溉反向沟渠断面设计中，底坡的选取较为重要。在设计中，应满足下级沟渠灌溉水深要求、田间提水泵运行水深要求、田间提水泵抽水效率要求等。同时，对不同底坡方案的沟渠工程量、工程占地等经济参数进行分析比选，确定最优断面设计参数后，进行断面设计。