西坑灌区节水改造渠道工程技术要点分析

梁小龙

(江门市科禹水利规划设计咨询有限公司，广东 江门 529000)

1 工程概况

西坑灌区于1963年建成投入运行，距今已运行了50余年，位于恩平市潭江一级支流莲塘水上游的牛江镇，灌溉水源为西坑水库，灌溉范围涉及君堂镇、圣堂镇、良西镇、沙湖镇、牛江镇，以及76个行政村。灌区多属丘陵地区，地形由北向南倾斜，灌区内耕地面积0.43万hm2，设计灌溉面积0.43万hm2，现状有效灌溉面积 0.33万hm2；有5条灌溉渠道，总长31.52 km，渠系建筑物277座。由于资金匮乏，灌区渠道并未进行过技术改造，致使灌区内渠道破损、塌坡、渗漏严重，造成水资源浪费。灌溉供水设施的破损，使得灌溉率无法达到灌溉设计面积，导致农作物产能低，为解决这一问题，必须对西坑灌区渠道进行节水改造[1]。

2 渠道工程改造

根据上文灌区所存在的问题，提出了具体改造措施。

2.1 渠道设计流量

西坑灌区渠道输水工作方式采取续灌，各渠道设计流量由其控制的灌溉面积乘以相应的净灌水率，再除以灌溉水有效利用系数求得。最小流量由其控制的灌溉面积乘以最小净灌水率，再除以灌溉水有效利用系数求得。其计算如式(1)～式(2)：

(1)

(2)

式中：Q支为支渠IDE设计流量，m3/s；Q干渠为干斗IDE设计流量，m3/s；W支为支渠灌溉面积，万hm2；W干渠为干斗的灌溉面积，万hm2；η为灌溉水利用系数；q为净灌溉率，(m3/s)/万hm2。

2.2 各干渠流量规模确定

干渠渠道设计流量按照各支渠流量自下而上，即由渠尾往各自的渠首叠加，并除以干渠有效利用系数得出，如式(3):

(3)

式中：Q干为干渠的设计流量，m3/s；Ai干为干渠断面处支渠设计流量，m3/s；∑Ai+1为推算断面以下各支渠的设计流量之和，m3/s。

选定流量根据现状渠道运行情况，不小于干渠推算流量分段确定。根据《灌溉与排水工程设计标准》(GB 50288—2018)，加大流量系数均按照25%进行选取，由此可计算出，总干渠渠首设计流量为 6.60 m3/s，加大流量为8.25 m3/s；南干渠渠首设计流量为2.10 m3/s，加大流量为2.63 m3/s。

通过各渠段的现状及流量情况来看，在保持渠道原来设计纵坡的基础上，结合渠道当前的情况测出纵断面以及横断面，做到少挖少填；此外，对渠道进行清淤，边坡进行修整，各段渠道设计成果如表1所示。

表1 总干渠、南干渠渠道设计要素

2.3 渠道加固方案

由于本工程渠线比较长，地形复杂，为此，不同渠道需要根据当前的现状选择不同的衬砌方案，常用的渠道衬砌方案为混凝土护坡、重力式挡墙、C20混凝土矮墙+斜坡三种方案[2]。

2.3.1 混凝土护坡

护坡采用C20混凝土，100 mm厚，边坡1∶1.5，护坡顶设封顶板，300 mm宽，护坡脚设齿墙，尺寸300 mm×300 mm。护底采用 C20 混凝土，100 mm 厚，底下设石粉垫层100 mm 厚。护坡顶以上渠道边坡采用草皮护坡，渠顶设石渣路 面100 mm 厚，路宽2.5 m，两侧设 C20 混凝土路缘石，尺寸为120 mm×300 mm。

2.3.2 重力式挡墙

挡墙采用C20混凝土，墙高1.5 m，顶宽 400 mm，边坡坡比1∶0.35，背坡垂直。护底采用C20混凝土，100 mm厚，底下设石粉垫层100 mm 厚。挡墙顶以上渠道边坡采用草皮护坡，渠顶设石渣路面100 mm厚，路宽2.5 m，两侧设C20混凝土路缘石，尺寸120 mm×300 mm。

2.3.3 C20混凝土矮墙+斜坡

挡墙采用C20混凝土，墙高0.7 m，顶宽 400 mm，背坡垂直，边坡坡比1∶0.35。护底采用C20混凝土，100 mm厚，底下设石粉垫层100 mm 厚。挡墙顶以上渠道边坡坡比为1∶1.5，采用草皮护坡。

2.3.4 方案对比选择

(1)方案一：混凝土护坡。C20混凝土护坡100 mm厚，每3m设一道20 mm伸缩缝，护坡上设排水孔，边坡1∶1；适用填方渠段。该方案造价400元/m，价格是所有方案中最低的一个。

(2)方案二：重力式挡墙。C20混凝土重力式挡墙，墙高1.5 m，墙顶宽度0.4 m，背坡垂直。边坡坡比1∶0.35，适用受地形影响不能放坡的，该方案造价1300元/m，价格比较高。

(3)方案三：C20混凝土矮墙+斜坡。C20混凝土矮墙+斜坡，坡脚设置矮墙，墙高0.7 m，墙顶宽度0.4 m，背坡垂直，边坡坡比1∶0.35，墙顶按1∶1.5放坡，适用靠山渠段，防冲护脚，该方案造价700元/m，价格相对较低。

通过以上几个方案的对比，总干渠、南干渠根据各渠段的实际现状选择安全、造价低、耐用、便于管理的衬砌加固方案，对不同渠段的两岸采用以上衬砌方案进行加固。

2.4 水闸改造

各种水闸组成部分大致相同，主要由进口段、闸室段、出口消能段组成，按《水闸设计规范》(SL 265—2016)进行水力计算和闸室稳定验算。

本次改造渠段共有水闸8座，其中，拟拆除重建6座，加固1座，不处理1座。本工程属于现有灌区技术改造，因各闸原始设计资料遗失，无法进行水闸现状结构、稳定等验算工作，只能通过现场检查结合运用情况分析问题，提出处理措施。经过现场检查，水闸结构形式有浆砌石结构，也有混凝土结构，大部分比较残破，漏水现象非常严重，闸顶仅限行人通行。水闸闸门破损、启闭设备无法使用，现状无启闭室，管理困难。为此，根据各水闸现状情况及存在问题，分别确定其改造措施。对于拆除重建的水闸，其重建规模尺寸利用以上计算理论进行计算，结合水闸现状，分别确定其设计要素。为了便于管理，水闸均采用成套铸铁闸门。需要拆除重建的水闸基本原址重建。各类水闸现状及设计情况见表2。

表2 总干渠、南干渠水闸设计情况

3 渠系水利用系数

灌区全部改造工程实施后，所有干渠渠道衬砌率达100%。灌区支渠、斗渠、农渠衬砌率基本达90%。干渠、支渠、斗渠均采用续灌方式。

根据西坑灌区实际情况，本次灌区配套改造工程渠道水利用系数取值：干渠渠道水利用系数取0.900，支渠渠道渠系水利用系数取0.730，斗渠至田间的灌溉水利用系数为0.855，整个灌区灌溉水利用系数为0.620。西坑灌区在进行改造之前，其农田灌溉水利系数只有0.524，灌区渠道改造工程实施后，渠系水利用系数由0.524提高到0.657，增幅达25.4%，基本达到节水改造要求，所有干渠渠道衬砌率也达到100%，灌区支渠、斗渠、农渠衬砌率基本达90%，基本满足农业生产的用水需要[3]。

4 总 结

西坑灌区的渠道工程在经过节水改造后，其灌区水利用系数不小于0.650，改善灌溉面积0.33 万hm2，逐步恢复灌溉面积0.10万hm2，这不仅能解决灌区下游灌溉用水紧张、供需水矛盾突出的问题，还能有效减少渠道渗漏、水资源浪费的问题。与此同时，通过对渠道的节水改造，可进一步提高农作物的产能，提升西坑灌区灌溉质量，为农业的健康发展打好基础。