灌區改造工程渠道橫斷面設計

□易鵬（新疆伊犁州喀什河流域管理處）

灌區改造工程渠道橫斷面設計

□易鵬（新疆伊犁州喀什河流域管理處）

喀什河下游灌區位于伊犁河北岸，東起白石墩，西至霍城縣惠遠鎮的沙爾布拉克溝，北連伊寧縣、霍城縣灌區，南臨伊犁河。灌區包含伊寧市、霍城縣、伊利縣兩縣一市，灌區東西長90 km，南北平均寬18.50 km，總面積為1468.70 km2。文章結合喀什河下游灌區改造工程實際情況，探討了灌區改造工程橫斷面設計中的關鍵問題，包括渠道不沖不淤流速、水力最佳斷面、實用經濟斷面的確定，以及渠道水力要素的計算，以期為類似工程提供借鑒。

灌區；渠道；橫斷面設計；水力最佳斷面

1 灌區概況

灌區為喀什河和伊犁河北山溝水系的山前沖洪積傾斜平原，地形較平坦，地勢東高西低，地面縱坡1/500～1/2 500，海拔高程534～850 m，河流縱橫、水系發達，灌區內制備覆蓋率較高。灌區屬溫帶大陸性半干旱氣候，根據伊犁氣象站統計資料，自東至西年降水量337～148mm，年蒸發量1 600～2 117 mm，年平均氣溫8.30～9.90℃，年最高氣溫出現在7月，為37.90℃，最低氣溫出現在1月，為-40.40℃。無霜期160 d左右，年日照時數2 700～2 800h。

2 渠道橫斷面設計的關鍵問題

2.1 確定渠道邊坡系數

渠道邊坡系數是反映渠道邊坡穩定程度的參數指標，其取值根據土質、挖填深度和水深等參數的不同而變化，在原渠道邊坡穩定情況的基礎上確定本工程渠道內邊坡系數為1:1.75，外邊坡系數為1∶1.50。

2.2 確定渠道不沖不淤流速

在保證渠床穩定的基礎上，設計流量時渠道的平均流速v必須滿足如下要求：

2.2.1 渠道不沖流速

影響喀什河下游灌區渠道不沖流速的因數主要有渠床抗沖強度、水流含沙量、渠道斷面水力要素等，擬改建的渠道工程均為現澆混凝土板與漿砌石襯砌，按照《渠道防滲工程設計規范》（SL18-2 004）的相關要求，現澆混凝土板與漿砌石所允許的不沖流速均不超過5 m/s，在此前提下可以求得干渠設計流速＜v不沖。

2.2.2 渠道不淤流速

影響喀什河下游灌區渠道不淤流速的因素主要包括渠道含沙量、泥沙粒徑、斷面水力要素等，結合《水力學計算手冊》所規定的已知流量與土質情況下的簡化公式便可計算出喀什河下游灌區渠道不淤流速。

式中：A為系數，按照《水力學計算手冊》，取A=0.33；Q為渠道運行最小流量（m3/s）。

將相關數據代入上式，便可求得喀什河下游灌區各段渠道不沖不淤流速情況。具體見表1。

表1 喀什河下游灌區團結渠渠道不沖不淤流速情況表

經計算，干渠設計流速＞v不淤，而＜v不沖，完全符合要求。

2.3 渠道橫斷面設計

2.3.1 水力最佳斷面和實用經濟斷面

渠道橫斷面設計既影響渠道本身的工程量，又關系到相關建筑物的工程量和投資，渠道最佳斷面主要根據工程地質條件及施工規范所規定的不沖不淤要求確定。梯形斷面是常見的一種水力斷面型式，占地少、施工過程簡單、運行安全可靠，本工程主要選用窄深式水力斷面作為實用經濟斷面，其水深與底寬可以適應各種情況，且能基本滿足水力最佳斷面的要求。

2.3.2 渠道水力要素

假設渠道設計流量、比降及糙率相同的情況下，不同型式的渠道斷面所要求的輸水能力、工程量、施工程序及斷面的穩定程度等各不相同。本工程梯形渠道水力最佳斷面水力要素的計算公式如下：

式中：h0為水力最佳斷面水深（m）；n為渠床糙率；Q為渠道設計流量（m3/s）；m為渠道內邊坡系數；i為渠底比降；b0為水力最佳斷面底寬（m）；A0為水力最佳斷面的過水斷面面積（m2）；x0為水力最佳斷面濕周（m）；R0為最佳水力半徑（m）；V0為最佳斷面流速（m/s）。根據上式的計算結果如表2。

表2 喀什河下游灌區團結渠渠道水力要素計算結果表

由《灌溉與排水工程設計規范》（GB50288-99）中附錄H，表H.0.3查出與α=1.00、1.01、1.02、、1.03、1.04相應的h/h0值，以及與α、m相應的β值，分別按下述公式計算相應的h、b及v、A、R值

表4 喀什河下游灌區團結渠渠道經濟斷面水深計算表

式中：α—水力最佳斷面流速與實用經濟斷面流速比值；h—實用經濟斷面水深；V—實用經濟斷面流速；A—實用經濟斷面過水斷面面積；X—實用經濟斷面濕周（m）；R—實用經濟斷面的水力半徑；b0—實用經濟斷面底寬；β—實用經濟斷面底寬與水深的比值。計算結果見表3、表4。

3 結論

在進行喀什河下游灌區改造工程渠道橫斷面設計時，Q設=8.50 m3/s，Q加=10.60 m3/s，b0=7.78×10-1是水力最佳斷面，設計水深為0.93 m，加大水深為1.05 m，水深大而底寬小，屬于窄深式渠道結構，這種渠道對填方渠道的穩定性要求較高，填方量與投資要求較高，為此必須從實際出發，保證斷面經濟實用，節省投資，以此保證灌區改造工程安全運行。

表3 工5組α、h/h0、β、hb0VAXR值計算成果表

［1］張小燕，王子堅.新戶坪水庫放水干渠渠道橫斷面設計的關鍵問題［J］.陜西水利，2013（1）.

［2］周春霞.梯形灌溉渠道橫斷面設計分析［J］.黑龍江水利科技，2013（4）.

［3］黎偉萍.灌區渠道斷面設計參數的選取方法［J］.中國西部科技，2010（1）.

TV91

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1673-8853（2017）03-0042-02

2017-1-5

編輯：左英勇

易鵬（1980.3-），工程師，主要從事水利工程建設管理、水利工程施工與設計工作。