某灌区干渠排水工程1#退水渠设计研究

惠志宾，田振燕

（河南灵捷水利勘测设计研究有限公司，河南 南阳 473000）

0 引言

某灌区由引丹总干渠、下洼枢纽、刁河灌区等部分组成，工程自1970 年元月开工建设，1974 年8 月骨干工程通水开始发挥效益。1998 年至2020 年间此灌区共历经了22 次续建配套与节水改造，由于种种原因，没有对灌区进行全面而系统的提升改造。按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路以及“要在提高粮食生产能力上开辟新途径、挖掘新空间、培育新优势”的生产理念，积极合理地开展大中型灌区续建配套节水改造与现代化建设。于2020年编制了灌区续建配套与现代化改造实施方案，通过灌区续建配套与现代化改造，夯实农业生产能力基础，推动农村产业深度融合和发展壮大，实施乡村振兴战略。以下结合此灌区刁南干渠1#退水渠（桩号0+800～2+065段）全段衬砌工程案例分析研究退水渠设计的基本内容。

1 工程概况

某灌区续建配套与现代化节水改造项目计划对刁南干渠1#退水渠（桩号0+800～2+065 段）进行全段衬砌，衬砌长度1.256 km。经过此次治理后，刁南干渠1#退水渠渠道全面贯通，退水可直接排入排子河。退水渠渠道比降依据现状沟底坡度确定，桩号0+800～1+008段比降1/300，桩号1+008～1+400段比降1/100，桩号1+400～2+065段比降1/150。

2 渠道衬砌断面比选

刁南干渠1#退水渠在桩号0+800～1+665 段采用C20 混凝土矩形断面，底宽2 m；桩号1+665～2+065 段采用土渠梯形断面，底宽2 m，梯形断面边坡坡比1:1.50。

根据实测地形图及实际查勘情况，桩号0+800～1+008 段，左边为生产路，右边为耕地，现状渠道渠底宽0.70～1.80 m，边坡1:0.20～1:1.15；桩号1+008～1+380段，右边为生产路，左边为耕地，现状渠道渠底宽1.60～2.00 m，边坡1:0.66～1:2.20；桩号1+380～1+600段，左岸为生产路，右岸为耕地，现状渠道渠底宽1.20～1.90 m，边坡1:0.48～1:1.34；桩号1+600～2+065段两岸为耕地，现状渠道渠底宽2.10～2.40 m，边坡1:0.85～1:1.20。

根据实测断面分析，对设计断面进行优化比选，桩号0+800～1+008 段增加“梯形断面，边墙采用贴坡式挡墙”方案，桩号1+008～1+685段增加梯形断面方案。

桩号1+665～2+065 段渠道地层岩性为粉质黏土，根据《灌溉与排水工程设计标准》，粘土允许不冲流速为0.75～1.00 m/s。可研采用土渠梯形断面，底宽2 m，坡比1:1.50，设计流速2.36 m/s，设计流速远大于允许不冲流速，如采用土渠，则该段渠道存在冲刷严重、岸坡不稳等问题。为确保该段渠道安全，满足冲刷要求，需对该段渠道进行衬砌，渠底宽度由2 m调整为1 m。

可研矩形断面方案总投资为241.74万元，此次方案总投资为92.45 万元，投资可节省149.29 万元。因此，从经济角度出发，确定刁南干渠1#退水渠桩号0+800～1+008 段采用梯形断面，边墙采用贴坡式挡墙，渠底宽1 m，边坡1:0.75；桩号1+008～2+065段采用梯形断面，渠底宽1 m，边坡1:1.50。

3 渠道防渗衬砌方案比选

以刁南干渠1#退水渠桩号1+008～1+400 段梯形渠道防渗衬砌为例，提出三种方案进行比较，即浆砌石衬砌防渗、混凝土衬砌防渗、土工膜铺设防渗。

方案一：Mu60M7.5浆砌石衬砌防渗

Mu60M7.5 浆砌石防渗衬砌，抗冻、抗冲、抗磨和耐久性好（使用年限25-40 年），施工简单，但糙率大，防渗效果不易保证，投资较大。

方案二：C25混凝土衬砌防渗

C25 混凝土防渗衬砌，糙率小，输水能力强，防渗效果、抗冲性、耐久性好（使用年限30-50 年），允许流速大，强度高，管理维修方便，投资小于浆砌石防渗衬砌，大于土工膜防渗。

方案三：土工膜衬砌防渗

土工膜防渗衬砌，防渗效果好，重量轻，运输量小，造价较低，但占地多，允许流速小，糙率大，输水能力低，管理维修难度大，使用年限相对较小（使用年限30-50年）。

经综合比较，确定采用C25混凝土衬砌方案。

4 水力计算

设计中设计流量采用退水流量，混凝土衬砌中渠道糙率选用n=0.015，采用明渠均匀流公式计算不同底宽的输水能力，计算公式：

式（1）～（3）中：Q—流量，m3/s；C—谢才系数；R—水力半径，m；i—渠道纵坡；A—过水断面面积，m2；n—糙率，取0.015。

以桩号0+800～1+008 为例进行渠道水力计算。已知该段内退水流量8 m3/s，设计渠深1.80 m，纵坡1/300，渠道为梯形断面，边坡采用贴坡式挡墙型式，内边坡坡比1:0.75，采用C25混凝土衬砌，糙率0.015，试算结果如表1所示。

表1 渠道水深计算表

从表1中可以看出水深1.38、1.26 m均符合《灌溉与排水工程设计标准》规定的“渠道衬砌超高值可采用0.30～0.80 m”要求，但水深1.26 m 时渠底底板工程量有所增加，因此选渠道底宽1 m作为该段的设计渠底。

刁南干渠1#退水渠桩号0+800～2+065 段水力计算结果见表2。

表2 刁南干渠1#退水渠水力要素表

5 渠道设计

刁南干渠1#退水闸位于桩号7+641处，退水流量8 m3/s，其渠道及主要建筑物工程级别为4级，次要建筑物为5级。此次工程对1#退水渠桩号0+800～2+065 段进行全段衬砌，全长1.27 km。

桩号0+800～1+008 段208 m 采用C25 混凝土梯形断面，比降1/300，衬砌渠深1.80 m；底宽1 m，厚20 cm；边墙采用贴坡式挡墙，墙顶宽0.30 m，内边坡1:0.75，外边坡1:0.50。桩号1+008～2+065 段1 057 m 采用C25 混凝土梯形断面，底宽1 m，厚8 cm，内边坡1:1.50。其中：桩号1+008～1+400段比降1/100，衬砌渠深1.20 m；桩号1+400～2+065段比降1/150，衬砌渠深1.30 m。横缝每5 m 设置一道，伸缩缝宽2 cm，填缝材料选用闭孔泡沫板。对于渠道底淤泥应全部开挖，并按设计断面进行填筑，回填土压实度不小于0.92。为便于渠道两侧耕地内积水排入渠道，渠顶高于设计水深且不高于两侧地面高程。对退水渠末端渠底进行防护，防护采用格宾石笼防护，格宾石笼厚30 cm。

在渠道两侧的排水支沟进口设排水涵6座，分别位于桩号1+130、1+260、1+380的两岸，管身采用进行DN600的Ⅰ级管。

6 渠道冲淤复核

对于混凝土衬砌渠道，当R＝1 m时，渠道的允许不冲流速小于8 m/s，当R≠1 m，允许不冲流速应为R=1 m时的不冲流速值乘以R1/4，以桩号1+400～2+065段为例，计算渠道的不冲流速为：V不冲＜8 0.521/4=6.79 m/s；V不淤=0.50 m/s；V=Q/A=8/2.28=3.51 m/s；则：V不淤＜V＜V不冲（4）

式中：R—水力半径，m；Q—设计流量，m3/s；A—过水断面面积，m2；V—设计流速，m/s。

则该渠道满足不冲不淤设计要求。

7 结语

综上所述，对某灌区干渠大型退水渠从渠道衬砌断面比选、渠道防渗衬砌方案比选、水力计算、渠道设计及渠道冲淤复核等主要部分完成退水渠设计基本内容，获得相应成果，可为同类工程建设提供参考。