桐柏縣旱澇保收高標準農田項目后河灌區設計

□許露予　□楊　輝（河南桐柏縣水利局）

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桐柏縣旱澇保收高標準農田項目后河灌區設計

□許露予□楊輝（河南桐柏縣水利局）

摘要：為深入貫徹落實《中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定》、《中共中央國務院關于切實加強農業基礎建設進一步促進農業發展農民增收的若干意見》和中共中央十七大會議有關精神，進一步加強桐柏縣小型農田水利基礎設施建設，提高農業綜合生產能力，改善農民生產條件條件，促進糧食增產和農民增收，桐柏縣大力開展旱澇保收高標準農田建設是增加糧食供給、保障國家糧食安全的必要組成部分。

關鍵詞：旱澇保收；灌區；工程設計；布局

1　項目區可供水量分析

后河灌區控制灌溉面積8487 hm2，主要供水水源為后河水庫。后河水庫位于桐柏縣固縣鎮后河村的石頭畈河上，屬淮河流域，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、水產養殖等綜合利用的小（1）型水庫。水庫設計洪水標準為30年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核。水庫壩址以上控制流域面積10.55 km2，總庫容478萬m3，興利庫容252萬m3。后河水庫1967年建成，2010年進行除險加固。

2　項目區農田水利設施現狀及存在問題

后河灌區設計灌溉面積9000 hm2，目前實際控制灌溉面積8487hm2，主要供水水源為后河水庫。后河水庫輸水洞最大泄洪量2.00 m3/s，洞身為鋼筋混凝土無壓方涵，洞身長度50 m，寬0.80 m，高1.50 m，閘門為平面鑄鐵拱形閘門，尺寸為1.20 m×1.20 m。

2011年度工程項目后河灌區建設規模為8487 hm2，范圍涉及灌區1條干渠、3條支渠、7條斗渠、142條農渠疏浚、襯砌及渠系建筑物配套工程。后河灌區干渠設計流量0.95 m3/s，比降1/1000～1/2000，梯形斷面，長9.64 km，其中混凝土襯砌3200 m，其余為土渠；三條支渠共長4.52 km，除1條支渠在20世紀80年代末用混凝土襯砌外，其它2條均為土渠。由于年久失修、管理不善等，渠道淤積、坍塌、混凝土破損等現象嚴重；干、支渠系建筑物老化損壞，如干渠的石頭畈村3座渡槽，排架沉陷，槽身混凝土老化脫落、鋼筋外露銹蝕，早已不能正常通水；現有的幾條斗渠全部為土渠，大部分斗農渠已毀壞，渠系建筑物絕大部分未進行配套或配套標準偏低。

后河灌區干支渠工程現狀情況詳見表1。

表1　后河灌區干支渠工程現狀情況表

后河灌區現有水閘5座，已經損壞無法使用，詳見表2。

表2　后河灌區干支渠水閘工程現狀情況表

后河灌區干支渠現有生產橋5座，原建設標準低，損壞嚴重，隨著現代農業的發展，原有生產橋無法滿足機械化生產需要。

后河灌區現有渡槽3座，槽身為鋼筋混凝土結構，受當時經濟條件限制，建設標準普遍偏低，現狀槽身混凝土老化脫落、鋼筋外露銹蝕，排架傾斜，原有防滲設施幾乎報廢，滲漏嚴重。工程現狀情況詳見表3。

表3　后河灌區干支渠渡槽工程現狀情況表

3　項目建設目標

后河水庫灌區：建設旱澇保收高標準農田8487 hm2，工程實施后新增有效灌溉面積5941 hm2，改善有效灌溉面積2546 hm2，其中新增節水灌溉面積6365 hm2。主要建設內容為整修襯砌渠道77.84 km，其中整修襯砌干渠1條，長9635 m，支渠3條，長4516 m,斗渠7條，長7076 m，農渠142條，長56608 m；新建重建渠系建筑物202座，其中閘5座，渡槽3座，斗農門149座，橋20座，涵25座，跌水104座。

4　項目建設及布局

后河水庫灌區建設旱澇保收高標準農田8487 hm2，工程實施后新增有效灌溉面積5941 hm2，改善有效灌溉面積2546 hm2，其中新增節水灌溉面積6365 hm2。主要建設項目為后河水庫灌區的渠道整修襯砌及渠系建筑物配套，范圍涉及固縣鎮的石頭畈、沈樓、黃畈共3個行政村35個自然村。石頭畈行政村建設旱澇保收高標準農田4878 hm2，工程實施后新增有效灌溉面積3415 hm2，改善有效灌溉面積1463 hm2，其中新增節水灌溉面積3659 hm2。范圍涉及胡莊、代莊、吳莊、黃王莊、東灣、劉莊、柿子園、碾子莊、朱莊、河東、棗樹莊、徐莊、小寨、廟灣、大地、老崗、石北、石南、火色莊等19個自然村；沈樓行政村建設旱澇保收高標準農田1677 hm2，工程實施后新增有效灌溉面積1174 hm2，改善有效灌溉面積503 hm2，其中新增節水灌溉面積1258 hm2。范圍涉及徐小莊、馬嶺、新莊、唐東、唐西、坡頭、泥沖等7個自然村組；黃畈行政村建設旱澇保收高標準農田1932 hm2，工程實施后新增有效灌溉面積1352 hm2，改善有效灌溉面積580 hm2，其中新增節水灌溉面積1449 hm2。范圍涉及包括杏東、杏西、下南、下北、前東、前西、劉東、黃南、黃中等9個自然村組。

5　工程設計

5.1渠道設計

后河灌區設計灌溉面積8487 hm2。灌區渠道淤積、坍塌等現象嚴重，本次典型設計擬對后河灌區干渠、支渠、斗渠、農渠進行疏浚并采用混凝土全斷面襯砌，以實現節水灌溉。

5.1.1渠道設計流量的計算

根據桐柏縣農田水利建設總體規劃和相關工程設計要求，干、支渠實行續灌，斗渠采用輪灌。輪灌一般分兩個輪灌組。設計流量計算公式：

式中：Qn—灌溉渠道的設計流量（m3/s）；N—該渠道輪灌組數；—該渠道輪灌組平均灌溉面積（萬hm2）；ηn—該級渠道輪灌至田間的灌溉水利用系數。

5.1.2渠道橫斷面設計

根據當地土壤條件和節約耕地的需要，干、支、斗渠采用矩形或梯形斷面，并進行混凝土全斷面襯砌。渠道橫斷面設計按照明渠均勻流公式計算：

式中：Q—渠道設計流量，m3/s；A—渠道過水面積，m2；C—謝才系數；R—水力半徑，m；i—渠道比降。C—謝才系數，按曼寧公式計算：

其中：n—渠床糙率系數，取n=1.50×10-2。

有關參數選擇：①邊坡：在滿足渠道過流能力的條件下，原則上保持現有邊坡系數不變。②渠道比降：由于本次工程是原工程的配套，因此本設計保持原設計比降不變。③糙率：混凝土渠道n=1.50×10-2。④超高：渠道岸頂超高以加大流量水深按下式計算。

式中：Fb－岸頂超高，m；hb－渠道通過加大流量時的水深，m；Δh－渠道岸頂超高，m。

5.1.3渠道縱斷面設計

由于工程是灌區配套改造，且渠道經過多年的運行，目前不存在制約灌區引水的水位問題。為了保證渠道所控制的灌溉面積都能進行自流灌溉，規劃時根據原渠道沿線實際地面坡度、下級渠道分水點水位的要求、渠床土質、設計流量等因素綜合確定。

5.1.4渠道襯砌結構設計

后河灌區干渠原渠道坍塌毀壞嚴重，輸水效率低下。為提高灌溉水利用率，結合原渠道現狀，本次工程干渠采用預制混凝土U型渠全斷面襯砌，U型渠壁厚10 cm；支、斗渠采用梯形斷面混凝土襯砌，襯砌厚8 cm；農渠采用預制U型斷面，厚7 cm。渠頂上部設C20混凝土壓頂，壓頂寬度30 cm，厚度8 cm。沿渠道縱向每隔6 m設一伸縮縫，縫寬2 cm。縫內填充閉孔低發泡沫板。

5.2水閘設計

5.2.1閘門水力設計復核

水閘的水力計算按淹沒、非淹沒寬頂堰計算過流能力確定閘孔寬度，并對閘后消能防沖進行計算，使過閘水流能與下游渠道平順連接，避免造成沖刷。

5.2.1.1閘孔凈寬度計算

式中：B0—閘孔總凈寬，m；Q—過閘流量，m3/s；H0—計入行進流速水頭的堰上水深，m；g—重力加速度；m—堰流流量系數，可采用0.39；ε—堰流側收縮系數，可根據情況選用相應側收縮系數計算；b0—閘孔凈寬，m；bs—上游渠道一半水深處的寬度，m；N—閘孔數；εz—中閘孔側收縮系數；dz—中閘墩寬度，m；εb—邊閘孔側收縮系數；bb—邊閘墩順水流向邊緣

至上游河道水邊線之間的距離，m；σ—堰流淹沒系數，按照水閘設計規范表A.0.1-2選用；hs—由堰頂算起的下游水深，m；

5.2.2啟門力計算

閘門設計主要是在原有基礎上的設備更新和維修，本次設計只安排啟閉機更換及相關設備的更新。

5.2.2.1啟門力按下式計算

式中：FQ—啟門力，kN；nT—摩擦阻力的安全系數，取1.2；Tzd—支承摩擦力，Tzd=fzP；fz—滑動支承摩擦系數，取0.65；P—閘門上的總水壓力，kN；Tzs—止水摩擦阻力，Tzs=fsPzs；fs—止水與止水座的滑動支承摩擦系數，取0.65；Pzs—作用在止水上的水壓力，可從側止水和底止水的總長度乘以止水橡膠作用的寬度，再乘以平均水壓力得出，kN；nG—計算啟門力和持住力的門重修正系數，取1.1；G—閘門活動部分的自重，kN；Ws—作用在閘門上的水柱壓力，kN；

5.2.2.2閉門力按下式計算

式中：FW—閉門力，t；nG—計算閉門力的門重修正系數，取0.90。6結論

通過實施旱澇保收高標準農田建設，桐柏縣農業生產條件明顯改善：實現了節水增效，促進了農業種植結構調整，傳統農業開始向高附加值現代農業轉變。基本實現“旱能灌、澇能排”，達到農業生產條件明顯改善、農業綜合生產能力明顯提高、抗御自然災害能力明顯增強的效果；力爭通過旱澇保收高標準農田建設，從根本上解決農田水利建設長期以來存在的“投入少、項目散、發展慢”問題。

（責任編輯：左英勇）

收稿日期：2016-02-02

作者簡介：許露予（1986-），女，工程師，主要從事水利工程施工與工程管理工作。

中圖分類號：S28

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）03-0038-03