人民胜利渠灌区渠道节水设计技术

2021-04-16周在美孙利剑

陕西水利 2021年3期

周在美，孙利剑，赵爽

（河南省人民胜利渠管理局，河南新乡 453000）

地处豫北平原的人民胜利渠，是河南省重要的大型引黄工程，是建国后首批水利工程建设项目之一，同时是黄河下游第一个大型引黄自流灌溉工程，灌区控制总面积1486.84 km2［1]。渠首位于黄河中下游分界处（桃花浴）下游1.5 km 处，渠首闸设计引水流量为60 m3/s，加大流量为85 m3/s。人民胜利渠设计灌溉面积为148.84 万亩，涉及新乡、焦作、安阳三市。灌区的气候为暖温带大陆性季风型，年平均降雨量约600 mm，但一年之中降水分布不均，主要体现为6月～9月降水量约占全年降水量的75%，而冬、春季气候干旱少雨［2]。

自1952年4月12 日开闸以来，经过半个多世纪的规划和建设，人民胜利渠建成了完善的以总干渠、干渠、支渠、斗渠、农渠组成的灌排工程网络，布局合理，对灌区的农业发展贡献巨大［3]。但由于设施老旧（大都建于20 世纪50年代）、建设标准低，日益面临着设施老化、失修的问题，普遍存在跑水、漏水的病害，水利用系数低；灌区沿用传统的地面灌水方法，大水漫灌现象十分普遍，输水效率低［4]。

综上所述，开展渠道节水改造、推广节水灌溉技术，是解决灌区所在地区水资源不足问题的关键，是确保灌区可持续发展的重要基础。

人民胜利渠自1999年起，耗时16年，逐步完成了灌区骨干渠系的节水改造，骨干渠系的衬砌率超过82%。本文以人民胜利渠灌区渠道防渗典型工程——新乡县七里营镇渠道防渗工程为例，介绍人民胜利渠在渠道节水设计方面所做的探索。

1 设计灌水定额和设计灌水周期

1.1 设计灌水定额

按照现行《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288）中的公式：

式中：M为灌水定额，m3/hm2；γ 为计划湿润层土壤干容重，γ=1.5 t/m3；H为计划湿润层，H=0.6 m；Wmax为允许土壤含水率上限，占干土重的27%；Wmin为允许土壤含水率下限，占干土重的18.9%。

经计算，M=729 m3/hm2，即净灌水定额为50 m3/亩。

1.2 设计灌水周期

作物种植以小麦- 玉米或小麦- 水稻为主，根据现行《灌溉与排水工程设计规范》（GB 50288）中冬小麦与玉米的灌水延续时间规定，结合项目区实际情况，综合确定设计灌水周期T=7 d。

2 灌溉渠道工程设计

渠道引水流量采用以下公式计算：

式中：Q为渠道设计流量，m3/s；M为灌水定额，m3/亩，M=50 m3/亩；A为渠道控制面积，亩，农渠控制面积250 亩；Η 为渠道水利用系数，取0.80；T为灌水天数，农渠取2 d～3 d。

经计算，Q=0.09 m3/s=324 m3/h。

3 斗渠规划布置

项目区内南北向共规划两条主干路，将该区分为三块。为方便管理并减少农渠与主干路多次交叉，所以在每一块均布置一条斗渠，共三条斗渠。该区地面坡降很小，但总的趋势为西南高、东北低，所以将斗渠布置在地的西侧。

根据斗渠的控制规模面积、农田灌溉用水量，可求得斗渠最大过水流量为0.25 m3/s。综合考虑平均地面坡降等因素，取斗渠的坡降为1/2500。多年来人民胜利渠灌区对几种标准断面U 形渠道不同坡降的过流能力进行了大量的试验研究，推荐了几种U 形渠道规格供工程配套时参考。通常使用的主要型号为D40、D60、D80、D100、D120、D140。这些型号规格的U形断面渠道通常采用预制或现场浇筑两种施工方法进行施工，且有现成的标准模具，施工方便、效果良好。根据斗渠设计流量、渠道纵坡等拟选用D80 型U 形衬砌断面作为斗渠的设计断面。

4 农渠规划布置

农渠的间距是根据畦长来确定的。确定畦长时，应重点考虑使畦田在灌水时能够均匀湿润，提升田间水利用系数，方便灌水。畦宽、畦长、坡降、土壤、入畦流量等方面的因素均会对畦灌水量的大小造成影响。综合以上因素，确定项目区畦长为100 m 左右。结合灌区普遍使用的耕作机械及农具，确定畦宽为2 m 左右。畦田纵向比降对灌溉影响较大，过大则灌水流速快、入渗水量小、达不到灌溉要求、田面土壤严重冲刷；过小则灌水流速慢、深层渗漏水多、田间水利用系数低。结合标准以及经验，畦田纵向比降取0.002 较为适宜。

所以，规划农渠的设计间距为100 m 左右，农渠规划长度为500 m～650 m，每条农渠控制面积为80 亩～100 亩，设计农渠纵坡为1/2500～1/3000，设计流量为0.02 m3/s～0.05 m3/s，查有关设计手册宜选D40 U 型断面衬砌渠道。D40 U 形断面示意图及D80 U 形断面示意图分别见图1、图2。

图1 D40 断面示意图

图2 D80 断面示意图

5 田间建筑物规划

田间建筑物单体结构比较简单，但属于一个线性长度很大的工程。根据相关标准以及人民胜利渠管理局多年来探索总结的经验，田间建筑物应满足生产定型化、施工装配化的要求，设计、选型应当薄、轻、巧，同时要尽可能经济实用、美观耐久。在人民胜利渠灌区这样的引黄灌区，装配式建筑物值得大力推广，因其可以较好地适应沟渠的淤积，当沟渠淤高时，可简单拆卸、另行安装，方便后期维护，节约工程投资。

人民胜利渠的农田建筑物包括斗渠进水闸、节制闸、分水闸、交叉建筑物（桥、涵管和倒虹吸等）以及由农渠向田间供水的放水闸等。

斗渠需要从引黄一支渠取水，为了控制斗渠进水流量，在每条斗渠进口必须设一进水闸。

斗渠向农渠供水用分水闸进行分水，由农渠向田间供水用放水闸进行分水。

斗农渠过主、次干道需要设置交叉建筑物。斗、农渠需要过生产路时，用涵管或倒虹吸穿过。灌溉渠道需过排水沟时，灌溉渠在上，排水沟下沉，扩大过水断面。

6 节制闸的规划

由于斗渠南北向布置，纵向坡降为1/3000，全长为1800 m，设计渠深为1 m，安全超高为0.2 m，渠首闸后地面高程为80.8 m，渠尾水面高程为81.0 m，高差为0.2 m。取水高程在斗渠底部，过流断面偏小，不能满足农渠引水要求，需要在斗渠中间加设节制闸，而中间设置闸前水位高程是81.3 m，高出引渠首地面高程0.5 m，这样可以满足农渠引水要求和田间灌溉要求。闸门高1.5 m、宽1.2 m。