遼陽灌區改造工程三分干渠道水力計算與設計分析

艾洪霞

遼陽灌區改造工程三分干渠道水力計算與設計分析

艾洪霞

（遼陽市遼陽灌區管理處，遼寧遼陽111000）

遼陽灌區三分干工程包括節制閘、引水閘、分干渠道和建筑物等。經過多年的運行，大部分骨干工程現已嚴重破損，多為帶病運行，急需進行節水配套改造建設。通過對三分干渠道的水力計算與改造設計分析，對遼陽灌區進行節水配套改造二期工程的建設實施后對現有渠道影響不大，在三分干進水閘處可通過進水閘門進行調節。改造后三分干渠道均可通過設計流量，如果特殊地段產生渠頂高度不夠的情況可采用局部渠頂加高的方式解決。

灌區；節水；改造；渠道；水力計算；設計分析

1 基本概況

遼陽灌區位于遼陽城西，渠首建在城東鵝房，利用護城河為引水總干，穿城而過，灌溉城西廣大平原沿河土地。灌區控制面積185 km2，灌區總人口22.82萬人，其中農業人口17.33萬人，總耕地面積23 973 hm2，其中水田實際灌溉面積6 733 hm2。遼陽灌區骨干工程建于1958年，其中一部分于2008年利用農業開發資金進行了改造。但仍有大部分骨干工程至今已運行54 a。多數工程病險、老化、損壞嚴重，其完好率為60%［1］。遼陽灌區骨干工程（三分干）包括節制閘、引水閘、分干渠道和建筑物等。經過多年的運行，大部分骨干工程現已嚴重破損，很多都是帶病運行。干支渠的滲漏、滑坡、坍塌、淤積；建筑物出現傾斜、漏水；機電設備老化，運轉困難等。有必要對遼陽灌區進行節水配套改造。

2 水力計算與設計分析

2.1 三分干渠道水力計算

2.1.1 渠道流量計算

2.1.1.1 基本數據采用

1）泡田時間及灌溉渠道的工作制度：根據《灌溉與排水工程設計規范》的要求，取泡田期為7 d，灌溉渠道的工作方式為輪灌方式。

2）灌水率的確定：根據遼陽灌區水田灌溉制度分析，泡田期灌水率為q泡插＝1.07 m3／s·hm2，為修正后的水稻灌水率的最大值。

3）各級渠道水利用系數：渠系水利用系數綜合地反映了渠道工作狀況和灌溉管理水平，是衡量灌區管理水平的重要指標。遼陽灌區渠道分三級，即干渠、支渠和斗渠；根據灌區實際情況，灌區進行節水配套改造后，渠系水利用系數約為0.7，田間水利用系數為0.95，灌溉水利用系數為0.65。

2.1.1.2 渠道設計流量

渠道的設計流量又稱為正常流量，一般指p＝75%代表年份，為了滿足作物的需水要求，在灌水高峰期渠道應該通過的流量見表1。考慮到遼陽灌區灌溉面積縱身長，中下游采用輪灌方式，灌水歷時長，無法適應水庫短歷時，大流量的供水方式，嚴重制約著用水戶的生產用水，加大流量后能夠在一定程度上緩解目前的生產狀況，利于生產。

表1 三分干渠道設計流量表

1）渠道加大流量（Q加大）。在特殊情況下，如改變作物種植比例，臨時擴大灌溉面積，或遇到嚴重旱情和分洪泄流等，渠道能安全通過的最大流量為加大流量。一般是根據設計流量，適當選擇一個加大百分數來確定。渠道加大流量是設計渠道堤頂高程的依據。灌區改造設計建筑物時，應按本次總干渠推求的設計流量設計，按加大流量校核。在沒有擴大規模改建以前，渠首應該不引加大流量。灌區總干、干渠和支渠均為續灌渠道，應按設計流量加大百分數。按《灌溉與排水工程設計規范》中的表取用，本灌區屬濕潤地區，可取小值（即表中的下限），加大流量取值設計流量的20%。

2）渠道最小流量（Q最小）。因水源來水不足而必須縮減供水時，或當渠道對種植面積較小，需水量較少的作物單獨供水時，可出現渠道的最小流量。其最小流量是用來驗算渠道的控制水位和渠道的不淤條件。為了保證灌區總干渠向下級渠道正常配水，要求最小流量與設計流量不要相差過大，應等于或大于渠道設計流量的40%。經計算，灌區三分干渠道最小流量計算詳見表2。

表2 三分干渠道設計流量表

2.1.2 渠道斷面設計

根據渠道的設計流量，進行渠道斷面設計，渠道斷面設計分為縱斷面設計和橫斷面設計［2］。

1）渠道的縱斷面設計

改造后的渠道，既要使渠道斷面通過設計流量和保持渠床的穩定，還要保持一定的水位，保證自流灌溉的要求。

2）渠道的橫斷面設計

渠道橫斷面結構應滿足穩定條件是既不發生沖刷又不發生淤積，或在一定時期沖淤平衡，渠床和邊坡保持穩定；設計的斷面有足夠的輸水能力；渠道的滲漏損失最小；便于施工和運用管理，工程量小，造價低。由于現有渠道沖刷嚴重，部分總干和分干都發生了滲漏、滑坡、坍塌，渠道淤積的現象，致使過水斷面縮小，渠道的輸水能力降低，因此渠道必須進行防沖護砌和防滲處理。

2.1.3 渠道的水力計算

按照已確定的渠道設計流量，通過水力計算，確定渠道的斷面尺寸。采用明渠均勻流基本公式計算，即

式中：Q為渠道設計流量；A為渠道過水斷面面積；R為水力半徑，m；i為水面比降，在均勻流中與渠底比降一致；C為謝才系數，一般用曼寧公式C＝n為渠床糙率。

有關參數的確定：

1）渠道縱向比降i的選擇。應盡量接近地面坡度，避免挖、填方過大。本次三分干渠道渠底設計比降也是盡量減少挖方和填方量為原則，盡量利用現有渠底高程。

2）渠床造率的選擇。渠床糙率n值的選擇，應盡量符合或接近渠床的糙率。

漿砌石段糙率取n＝0.02，混凝土段n＝0.012，土渠渠底n＝0.0225。

3）渠道的邊坡系數m的選擇。灌區渠道為梯形斷面，其邊坡根據襯砌結構而定。三分干采用漿砌石擋土墻與混凝土面板分段結合的襯砌形式，邊坡系數m＝0.33（混凝土板為1）。

4）渠道的不沖不淤流速。渠道的不沖流速是指水流通過渠道時，渠床上的泥沙不致沖刷的水流速度。一般渠道的不沖流速，可參考表選定。本次干渠水力計算的不沖流速，對于不襯砌的渠道，根據渠床的土質情況選擇不沖流速，對于襯砌渠道，根據防滲襯砌的結構形式選擇不沖流速。用由《灌溉與排水工程設計規范》附錄F中選擇的不沖流速，復核三分干渠水力計算的不沖流速符合要求。渠道的不淤流速是指渠道中水流挾帶的泥沙，當水流速度小到一定程度時，有一部分泥沙就會在渠道中淤積，在泥沙將要淤積而尚未淤積時的流速。為了防止渠道泥沙淤積和雜草叢生，渠道的最小流速允許值為：大型渠道要求斷面平均流速＞0.5 m／s，小型渠道＞0.3 m／s。本次三分干渠水力計算的各斷面的平均流速均＞0.5 m／s，故滿足要求［3］。

綜上所述，本次三分干渠道流速滿足不沖不淤流速要求，說明渠道斷面設計是合理的。灌區三分干渠道的水力計算成果詳見表3。

表3 遼陽灌區三分干渠道水利要素表

2.1.4 渠道防滲、防沖護砌形式的選擇

目前，渠道防滲形式主要有土料防滲、砌石防滲、混凝土防滲、土工膜防滲、瀝青材料防滲等，本次設計對各種防滲材料的防滲效果、使用年限等進行了方案比較，重點對石料類和混凝土類進行了比較，其結果見表4。

表4 不同材料的渠道護砌方案主要技術指標比較表

結合表4以及灌區的地形、地質、氣溫等條件，結合三分干渠道，有抗凍和抗沖性能要求，襯砌形式需要有較強的穩定渠道作用的特點，同時為了與一期工程修建的護坡銜接，本次設計護坡為順砌原護坡形式，采用漿砌石擋土墻襯砌形式和混凝土護坡形式。

2.2 三分干水面線校核

三分干本次規劃設計流量14 m3／s，改造渠道末尾1＋000處水深1.381 m。三分干1＋000段下游現有渠道斷面為底寬9.5 m，邊坡系數1.5，渠高1.9 m，縱坡比1／7000，規劃設計斷面時渠底高程沒有大變化，根據明渠均勻流計算公式可得水深1.2 m。沒有漫頂現象發生。

對遼陽灌區進行節水配套改造二期工程的建設實施后對現有渠道影響不大，在三分干進水閘處可通過進水閘門進行調節。改造后三分干渠道均可通過設計流量，如果特殊地段產生渠頂高度不夠的情況可采用局部渠頂加高的方式解決。從三分干渠道的水力計算與渠道斷面的選擇及防滲、防沖刷護砌形式的選擇看出工程建設切實可行。

［1］何榮星.遼陽灌區骨干工程主要問題與項目建設必要性［J］.水利技術監督，2015（01）：23-24＋48.

［2］何榮星.遼陽灌區節水配套二期改造工程分析［J］.水利技術監督，2014（06）：57-59.

［3］白寶豐；宋旸；賈銘洋.遼陽灌區改造二期工程水資源供需平衡分析［J］.黑龍江水利科技，2014（11）：92-94.

Hydraulic Calculation and Design Analysis of No.3 Main Canal of Reformation Project in Liaoyang Irrigation Area

Ai Hong-xia
（Liaoning Provinc Liaoyang Irrigation Area Management Department of，Liaoyang 111000，China）

No.3 main cannel project of Liaoyang irrigation area includes sluice gate，diversion gate，separate main cannel and construction.Most of the key project has been damaged seriously after operation for many years，hard in operating and urgent to be reformed and constructed especially the water-saving transformation project.Through hydraulic calculation and reformation design analysis for No.3 main cannel，the completion of No.2 water-saving transformation had little impaction on existing channel in the Liaoyang irrigation area，the intake gatemy be used to adjust at the inlet sluice of No.3 main cannel.No.3 main cannel may meet the demands of design flow after reformation，partial channel crest may be heightened if the crest height is not enough in some special sections.

irrigation area；water-saving；reformation；channel；hydraulic calculation；design analysis

TV133

B

1007-7596（2015）07-0030-03

2015-06-28

艾洪霞（1978-），女，遼寧遼陽人，工程師，研究方向為節水灌溉、水利工程施工監理等。