新疆某高标准农田建设水源工程设计

王剑飞

新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830001

1 建设项目概况

1.1 基本情况

新疆某高标准农田项目喀什地区，东临塔克拉玛干沙漠，东与柯坪县相连，西与阿克陶县相连，地势南高北低，气候干燥、降水稀少，夏热冬冷。高标准农田项目实施前项目区耕地面积大，灌区范围广，农田水利基础设施较为落后。通过高标准农田项目建设，对渠系工程等农田水利设施进行升级改造，极大改善了当地农业生产条件。项目建成后，喀什地区高标准农田覆盖面积将达46.67 万hm2以上，高效节水农田面积达33.34 万hm2以上，可实现节水工约5 亿m3，增加有效耕种面积约10%，提升粮食作物产量约15%，积极保障粮食安全及重要农产品有效供给。

1.2 存在问题

研究区高标准农田项目已建成的农田水利设施主要有中型灌区的末级渠系、排水沟和小型灌区的骨干工程、末级渠系及排水沟。其中中型灌区末级渠系总长247.10 km，小型灌区骨干渠道总长469.79 km，末级渠系总长421.60 km，排水沟总长53.27 km。然而，项目区高标准农田对水依赖性较大，现有水源不能满足灌溉使用需求，缺少水源成为制约项目进一步发展的关键问题，因此，新建水源工程可有效破解当前缺少水源的问题。

2 水源工程布置

根据现场调查情况，项目区水源主要为山塘及水陂。涉及的山塘共36座，目前运行状况良好。涉及的水陂共55座，大部分目前运行状况良好，需改造7座。其中3座水陂因被洪水冲毁，本次需进行重建；4座水陂目前仅靠人工填筑沙袋挡水，需进行新建。高标准农田项目水源为山塘的，水源工程维持现有规模不变；水源工程为水陂，且水陂运行良好的，水源工程维持现有规模不变；水陂需要拆除重建的，根据现有渠道布置情况，重建在原址进行，断面尺寸参考现有规模，并对引水流量、稳定性进行复核确定。

3 水源工程设计复核

项目区内涉及的水源工程改造主要为水陂7 座。经现场调查，这7座水陂均存在堰体破损严重、上游泥沙淤积较深、下游无导墙、无消能设施等现象，水陂存在安全隐患，且无法满足灌溉引水要求，此次改造需进行拆除重建。新建水陂堰体均为宽顶堰，采用C15 混凝土浇筑，上下游新建M7.5 浆砌石挡墙，下游出口新建C20 混凝土消力池。堰体中部设冲沙闸，闸宽1 m，采用木质闸门控制。根据现场测量结果，水陂堰体取水高度1.50～3.00 m，此次改造按取水高度1.50、2、2.50、3 m四种典型断面进行设计。

3.1 泄流能力复核

选取水陂净宽4、8、10、15 m 四种溢流宽度进行水陂泄流能力计算。水陂为C15 混凝土结构，堰型为宽顶堰，无坎宽顶堰堰流采用《灌溉与排水工程设计标准》附录N公式N.1.1-1进行计算，公式如下：

式中：Q—流量，m3/s；δ—淹没系数，1.0；m—流量系数，0.32；H0—包括行近流速水头的堰前水头，此次仅取堰上水头，m；B—泄流净宽，m。

经计算，水陂泄流能力见表1。泄流能力满足规范要求。

表1 水陂水位～流量关系表

3.2 消能设施复核

此次改造的水陂均采用底流消能，末端新建C20混凝土消力池。消力池池深及池长采用《灌溉与排水工程设计标准》附录N.2.4公式进行计算：

式中：d—消力池深度，m；σ0—水跃淹没系数，σ0=1.05～1.10；hc″—跃后水深，收缩水深，m；α—水流消能校正系数，采用α=1.0；q—单宽流量，m3/s；b1、b2—消力池首端、末端宽度，m；T0—由消力池底板顶面算起的总势能，J；ΔZ—出池落差，m；hs′—出池水深，m。

收缩水深hc″采用《灌溉与排水工程设计标准》附录N.2.5公式进行计算：

式中：E0—以下游出水渠渠底为基准面的上游总水头，m；q—收缩断面处的单宽流量，m3/s；ψ—流速系数，ψ=0.85；hc—收缩断面水深，m；hc″—跃后水深，m。

Frc—收缩断面弗劳德数，。

消力池池长Lsj采用《灌溉与排水工程设计标准》附录N.2.3公式进行计算：

式中：Lsj—消力池长度，m；Ls—消力池斜坡段水平投影长度，m；β—水跃长度校正系数，取β=0.7～0.8；Lj—水跃长度，m。

对水陂高度1.50、2、2.50、3 m四种典型断面进行消力池池深及池长计算，结果表明，其消力池池长分别为3、3.50、4.50、5 m，池深分别为0.30、0.30、0.50、0.50 m。

3.3 水陂稳定复核

此次改造的水陂均为小型水陂，对新建后的水陂选取典型断面进行抗滑稳定计算，采用抗剪强度计算公式：

式中：K—稳定性系数；f—混凝土与溢流堰基础接触面的抗剪摩擦系数，f＝0.50；∑G—作用在溢流堰上全部竖向荷载（包括扬压力作用，kN）；∑P—作用在溢流堰上全部水平向荷载，kN。

按照校核洪水位情况下计算自重、静水压力、扬压力、泥沙压力等荷载，荷载组合取基本组合，根据规范要求，4级建筑物基本荷载组合和特殊荷载组合按抗剪计算的稳定性系数为1.05。

混凝土容重取23.50 t/m3，水陂抗滑稳定计算成果见表2。计算结果表明，新建后的水陂抗滑稳定满足规范要求，水陂稳定。

表2 水陂抗滑稳定计算成果表

4 结语及建议

文章通过对新疆某高标准农田项目的水陂设计进行复核，结果表明设计满足要求。高标准农田项目建设为形成集中连片、设施配套的耕地格局打好基础。下阶段，应进一步督促健全完善多元投入机制，确保农田建设任务顺利开展，同时积极争取高标准农田建设的资金支持，鼓励社会各界积极投入高标准农田建设，不断拓宽资金渠道，形成多部门资金投入高标准农田建设的良好机制。