高安市港口支渠片灌區(qū)渠系工程設(shè)計研究

謝飛龍

（江西省高安市水利局，江西 高安 330800）

1 項目概況

高安市位于江西省的西北，錦北灌區(qū)為跨縣大型灌區(qū)，為江西省大型水源蓄引水灌溉工程之一。本項目的具體施工范圍為錦北灌區(qū)港口支渠灌片位于高安市汪家圩鄉(xiāng)的南部。錦北灌區(qū)港口支渠灌片的田地較為平整，集中連片，地表水和地下水非常豐富。項目區(qū)內(nèi)水資源非常好，境內(nèi)有東干渠從南北穿過，渠線長12 km，東北部有中型水庫（碧山水庫），山塘水庫13座，總庫容2196 萬m3，渠道及水庫覆蓋項目區(qū)95%的農(nóng)田灌溉面積，水源及灌溉條件十分可觀。錦北灌區(qū)港口支渠灌片范圍涉及汪家圩鄉(xiāng)鎮(zhèn)燕溪村、官田村、竹山村、孫家村四個村，涉及3600 人，設(shè)計面積為0.54 萬畝，現(xiàn)有效灌溉面積為0.35 萬畝，本次項目建設(shè)高標準農(nóng)田面積0.39 萬畝。

2 渠道布置形式

2.1 干（支斗）渠布置

在進行骨干渠道的布設(shè)時，對于原有的旁山的渠道，則是選擇了維持原有的布置方式；對于方便施工的區(qū)域，根據(jù)實際施工條件進行了裁彎取直改造。對于旁山渠道有截洪要求的，則按照相關(guān)的設(shè)計規(guī)范要求進行設(shè)置了相應(yīng)的泄洪閘；對于渠線的布設(shè)，盡量做到短（線短）、直（順直規(guī)整）、半（半挖半填），同時要盡量避開險工險段。

斗渠大部分為新建，原田間的斗渠，順勢彎延，滿天星分布，排灌不分。此次設(shè)計在盡量沿用老渠道情況下，重新規(guī)劃斗農(nóng)渠，做到節(jié)水、高效、排灌分家，盡量地減少耕地占用。

2.2 渠道輸水形式

港口支渠片灌區(qū)的渠道采用的是支渠續(xù)灌，加上斗渠和農(nóng)渠進行輪灌的方式。采用這種方式，一方面能夠有效地減少各部分渠道的輸水時間，從而增大輸水流量；另一方面能夠有效地降低渠道的輸水損失量，這樣也就會對農(nóng)業(yè)耕作和灌水工作之間的相互配合起到較為積極的促進作用，在較大程度上提升整個渠道的灌溉效率。

2.3 渠溝布置

2.3.1 渠溝布置原則

1）在進行渠道布置時，應(yīng)將其盡量地設(shè)置在地勢較高的位置，從而能夠滿足自流灌溉的要求。根據(jù)實際地勢情況，采用灌排相鄰布置或相間布置。

2）在場地布置2～3 級固定渠道，各級渠道應(yīng)保存相互垂直。

3）排水溝結(jié)合灌溉渠道和田間道路進行布置，在地形平坦的地區(qū)宜采用與灌溉渠道相同的雙向排水形式，在傾斜平原地區(qū)宜采用與灌溉渠道相鄰的單向排水形式。

4）設(shè)置的每一級排水溝，需要結(jié)合實際地形，最大限度的做到自流排水。

2.3.2 渠溝布置設(shè)計

在線路選擇上，設(shè)計中灌排溝、渠采用的是相鄰布置，單向灌溉和單向排水，灌排方向一致。為了能夠利用自流進行灌溉和排水，根據(jù)實際施工場地的地勢情況，將灌水渠設(shè)置在地勢較高的位置，排水溝則設(shè)置在較低的位置，最終確定為3 級固定渠道。干、支渠為進入田間的一級渠道，斗渠為二級渠道，從垂直于支渠處進行引水，并依靠地勢布設(shè)在較高的地勢處。農(nóng)渠盡量垂直斗渠布設(shè)，溝渠的間距根據(jù)田塊布置而定，標準間距為68 m，農(nóng)渠為田間最末一級固定渠道。排洪溝設(shè)計為主排洪溝、斗溝、農(nóng)溝（與農(nóng)渠結(jié)合使用）三級排水溝，項目區(qū)內(nèi)斗溝除了承接項目區(qū)內(nèi)大部分田塊排水之外，還承接項目區(qū)周邊農(nóng)田余水的排泄。斗溝依地勢根據(jù)排水位置布設(shè)在較低處，農(nóng)溝盡量垂直于斗溝布設(shè)。田間各級渠道的長度與相應(yīng)級別排水溝的長度對應(yīng)一致。通過設(shè)計分析，在本項目區(qū)末級固定渠道（斗渠）長度宜在100 m～300 m 之間，間距120 m。

3 渠系工程設(shè)計要求

3.1 渠道設(shè)計原則

在進行渠道的斷面設(shè)計時，要進行合理實用，盡可能使縱坡與地形相接近，從而減少土地使用面積，減少填挖量，節(jié)約工程成本。進行渠道設(shè)計時要充分考慮襯砌防滲，從而保證渠道的利用率，減少水的浪費。渠道流速的設(shè)計應(yīng)該以不淤流速進行合理計算，為了能夠避免上一級渠道的淤積，斗渠的引水口設(shè)計盡量與支渠的渠底保持一致，同時也有利于水、沙的利用。支渠和斗渠的設(shè)計水面高出地面的范圍控制在0.2 m～0.3 m；農(nóng)渠水位比地面高出0.1 m～0.2 m。

3.2 渠道橫斷面設(shè)計

項目中的渠道襯砌斷面優(yōu)先選擇了U 型槽襯砌，其主要作用一方面是為了減少渠道水滲漏的損失，同時提升渠道水系的利用效率，并便于控制地下水位的上升，防止土壤沼澤化和次生鹽堿化等情況的發(fā)生；另一方面則是能夠減小渠道的粗糙度，從而能夠有利于水流的流動，避免渠道產(chǎn)生淤積，同時能夠避免雜草的生長，從而節(jié)省清淤等部分的成本。各種襯砌形式的優(yōu)缺點比較如表1 所示。

表1 各種襯砌形式的相關(guān)情況比較表

港口支渠過村莊周邊，開挖量不易過大，宜選用矩形斷面，可以采用現(xiàn)澆C15 混凝土和磚砌，現(xiàn)澆C15 混凝土每米造價高于磚砌每米造價，綜合考慮選用了磚砌斷面形式；泉塘干渠（0+000～0+250）土質(zhì)較差，地基軟弱，并且回填土難以保證質(zhì)量，故選用了磚砌；泉塘干渠（0+438～1+125）通過山腳邊，土壤組成多為礫石，開挖難度大，斷面不易過大，從經(jīng)濟角度考慮選用了磚砌。

孫家排灌渠（0+000～0+120）位于鄉(xiāng)村道路旁，渠道斷面不宜過大，選用了現(xiàn)澆C15 混凝土(矩形斷面)；徐家支渠（0+000～0+400、0+740～0+840）在山體附近，開挖難度大，從經(jīng)濟和耐久性考慮選用現(xiàn)澆C15 混凝土(矩形斷面)；朱家支渠（0+000～0+336）土質(zhì)較差，地基軟弱回填土難以保證質(zhì)量，采用了現(xiàn)澆C15 混凝土(矩形斷面)；

徐家支渠（0+400～0+740、0+840～1+361），泉塘支渠（0+250～0+438、1+125～1+532）、熊家斗渠（0+000～0+583）邊坡地質(zhì)條件較好，邊坡較緩，采用矩形斷面則土方回填較大，從經(jīng)濟考慮選用了預(yù)制混凝土(梯形斷面)。各斷面形式如下圖1、圖2、圖3 所示。

圖1 U 型槽斷面

圖2 矩形斷面

圖3 梯形斷面

3.3 渠道縱斷面設(shè)計

在進行縱斷面設(shè)計時，對整個項目中所要治理的渠道的相應(yīng)的高程進行放線測量，根據(jù)各渠的分水口的相應(yīng)的高程情況，進行確定渠道的縱坡度。

在進行渠道的設(shè)計水面線推算時，需要對相關(guān)的參數(shù)進行控制，放水口進田水深不小于10 cm；續(xù)灌渠道應(yīng)按規(guī)范要求計算加大流量，流量加大系數(shù)取1.3；設(shè)計凈灌水率取0.6 m3/s·萬畝；渠道不完全襯砌渠系則針對不同的功能采用不同的系數(shù)值，農(nóng)渠采用0.93，斗渠采用0.88，支渠采用0.83，干渠采用0.78；田間水利用系數(shù)取0.95。

在進行渠道的挖方渠岸和填方的堤頂設(shè)計時，根據(jù)實際情況設(shè)計一定的安全超高，在設(shè)計時，綜合了以往的工程經(jīng)驗以及當?shù)氐纳a(chǎn)情況，對于支渠和斗渠的相關(guān)渠道的安全超高一般設(shè)置為0.15 m，農(nóng)渠的安全超高則設(shè)置為0.1 m，排灌渠安全超高取0.2 m。

圖4 港口支渠縱斷面示意圖

4 渠道要求的水位控制高程及縱斷面水位銜接

4.1 渠道水位高程控制

在進行渠道進水口的水位設(shè)計時，要將支渠的分水口的運行水位進行綜合的考慮，將田間的灌水水頭作為整個渠道末點的計算高度，然后將各部分控制點的高程按照從下往上的方式進行推算。渠道放水口的設(shè)計高程的確定要綜合考慮自流灌溉，保證各部分控制灌溉面積均能夠滿足要求。

4.2 渠道縱斷面的水位銜接

本項目的渠系工程在進行各區(qū)段的水位銜接時，選用了不改變水流深度只改變斷面的連接形式，這樣能夠最大程度的確保引水水位的穩(wěn)定性。在與沿途的渠道建筑物連接上，需要將水流通過各部分建筑物時所產(chǎn)生的損失考慮在內(nèi)，從而能夠有效的避免水流速度變慢，沉積泥沙等情況的發(fā)生；綜合考慮之后，對于可能給會出現(xiàn)較大水頭損失的建筑物，可以設(shè)計出多余的損失余量，從而能夠保證各部分的順利連接。

在進行上下級渠道水位的銜接設(shè)計時，要盡量地減少泥沙的淤積，可以允許一定量的沙進入到農(nóng)田，從而能夠改善土壤性質(zhì)，所以在進行設(shè)計時，一方面需要能夠滿足下級渠道的引水需要，另一方面要能夠保證下級渠道的引水口底部高程與上級渠底高程一致。在斗渠設(shè)計時，按照設(shè)計流量進行取水，如果通過的流量為最小值，則對取水會帶來不利的影響，需要在斗渠上進行設(shè)置節(jié)制閘，通過節(jié)制閘來進行控制水位，通常情況下，一個節(jié)水閘能夠滿足2～4 個農(nóng)渠口的取水要求。

5 小結(jié)

做好農(nóng)田水利渠系工程的設(shè)計工作是實現(xiàn)農(nóng)田灌溉的重要方面，同時也會直接影響整個農(nóng)田水利工程的利用性能。本文主要對高安市港口支渠片灌區(qū)的渠系工程設(shè)計的原則進行分析，并對具體的渠道截面設(shè)計進行研究，根據(jù)實際施工條件以及相關(guān)規(guī)范，對整個片區(qū)的各部分銜接高程進行合理的設(shè)計，從而確保了整個項目的順利實施，整個項目灌溉面積達0.39 萬畝，帶來了較大的社會和經(jīng)濟效益。