基于水利設計標準的水庫渠道設計

葉云濤

（廣東惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司，廣東 惠州 516000）

在水利設計標準下，實現灌溉效益最大化已經成為水庫渠道設計的重點內容，在當前水資源日益緊張的大環境下，基于水利設計標準做好水庫渠道設計更具有實際意義。但是在實際上，水庫渠道設計并不是一蹴而就的，其中涉及到很多內容，并且不同參數都會對渠道設計的最終質量產生影響，應被重點關注。

1 水利設計標準對水庫渠道設計的影響

在水利設計標準下，水庫渠道設計有了具體的要求，就是要實現灌溉效益最大化，而這一點主要集中體現在三個方面：①渠道設計應該與預期目標結合在一起，從農業灌溉、生活用水等多個角度進行分析，確保設計方案的合理性[1]。②水庫設計應該以當地水利規劃為核心，所以水庫渠道應該在不影響當地自然生態平衡的基礎上合理使用水資源，提高水庫本身的環境效益。③水庫渠道并不是單一的，而是要與當地的實際情況相結合，例如與當地的防洪體系銜接在一起，確保可以通過渠道設計來有效解決當地洪澇問題[2]。

綜上所述，水利設計標準對水渠渠道設計的影響是多方面的，這也決定了在水庫渠道設計中必須要充分考慮多方面要素，以便讓水庫渠道發揮應有的作用。

2 案例簡介

某水庫位于當地西側，距縣城4.3 km，附近有省道穿越，因此工程對外交通方便。該河流全流域面積336.2 km2，河流長度402.1 km，多年平均徑流量17735×104m3。

在水庫渠道設計前，相關人員對水庫周圍的地質條件進行勘察，該水庫渠道沿線基礎為石基、土基，其中石基主要分布在順巖層走向與傾向方向的山腳位置，土基主要分布于臺地、洼地與成片的耕地位置。地質勘察結果顯示，當地主要巖層為砂頁巖、白云巖、頁巖、泥灰巖等，其中渠道線的60%為硬巖，40%為軟巖。

3 水庫渠道設計

3.1 渠道線路布置

根據水庫設計標準，在該水庫渠道設計過程中的渠道線路布置思路為：①盡可能布置在灌區的脊線位置，爭取獲得最理想的自流灌溉面積；②渠道線路應該盡可能的避開不良地質，來達到保證水流效果、降低造價的目的；③盡量保證渠道線路與河流、公路等正交，這樣才能有效控制渠系建筑物長度；④渠道線路設計與當地防洪系統相結合。

因此根據上述思路，該水庫在渠道設計中，渠道線路的布置主要是在依靠現有設施的基礎上完成的，尤其是在跨越公路時，充分利用了公路橋涵，并且在滿足當地農業生產要求的基礎上，盡可能的使用了倒虹管來獲取更理想的經濟效益。

3.2 確定渠道流量

該水庫的灌溉面積為0.775×104hm2，根據水利設計標準的相關要求，超過萬畝灌溉面積的渠道應該采用連續灌渠道的標準進行設計，并通過增加系數選取要求的方法，確定渠道的加大流量系數。因此在該水利工程中，其最小流量被嚴格控制在設計水深的70%范圍內，所以在具體操作中，需要嚴格按照水文提供的不同渠道引用流量來確定加大流量、最小流量等，保證渠道流量水平理想。對該水庫的不同樁號觀測點的流量情況進行統計，相關資料見表1。

表1 渠道流量結果資料表 單位：m3/s

3.3 縱坡與糙率設計

在該水利工程項目中，根據水利設計標準，在渠道橫斷面設計過程中需要考慮到灌面分布高程的問題，因此在縱坡設計階段，需要嚴格按照工程規模來確定走向高程。根據這種要求，本文在灌區渠道設計中，重點關注以下內容：①縱坡盡可能放緩，來達到控制水頭損失的目的，并考慮渠尾的灌溉需求；②對于地形坡度相對陡峭的渠段，在縱坡設計中需要做好放陡并控制開挖量。

基于上述要求，并在考慮技術、經濟條件的基礎上，再加之本水利工程的灌區渠道為清水渠道（清水渠道容易出現沖刷現象）[3]，針對這種情況，在設計階段將比降控制在理想水平下，考慮工程量做好逐級規劃。綜合上述考慮，本次工程中的干渠縱坡為1/2000，支渠縱坡為1/1000與1/2000兩種規格，均采用混凝土防滲的方法，渠道糙率系數為0.015。

3.4 渠道不沖流速設計

在本項目中，渠道按加大流量設計計算要求，將流速控制在0.915 m/s～1.025 m/s的范圍內，且不沖流速設計滿足《灌溉與排水工程設計規范》的相關要求。同時根據該設計規范，本次水庫渠道設計中的連續渠道最低控制水位根據最小流量標準來確定，且渠道中最小水深應該大于等于設計水深的70%，并根據“最小流量演算渠道的不淤流速”的要求計算。因此基于上述條件，再考慮到本渠道為清水渠道，采用混凝土防滲方法，所以在不沖流速設計中，確定流速大于等于0.5 m/s，且不同渠道的具體流速參數都有具體的要求。

3.5 渠道斷面設計

考慮到本水庫的灌區特征，再加之上文對渠道具體參數的設計，因此在渠道斷面設計中，采用矩形斷面的方法，根據水利設計標準的相關內容，對其中的關鍵參數進行確定。

渠道均勻流量確定：

式中：Q代表渠道的設計流量，m3/s；C代表謝才系數；R代表水力半徑，m；i代表渠道縱坡；A代表渠道過水斷面面積，m2；n代表渠道的糙率系數，根據上文取值為0.015。

在渠道設計階段，超高根據《灌溉與排水工程設計規范》的相關內容，在加大流量30%后的水深1/4加上0.2 m得出。

在原材料選擇過程中，盡可能保留渠道沿線的地質特征，因此可以使用天然建筑材料。所以在渠道設計階段，設計人員根據土基段、墻體、底板特征，采用C15毛石砼砌筑方法，并具有一定的防滲效果；在巖基段施工階段，采用F50W4混凝土（200 mm）襯護，并且在渠道每隔8.0m位置或者基礎發生改變的情況下設置一條橫向縫。

3.6 渠道陡坡地段處理

在渠道設計中，針對坡度對渠道的影響，若采用傳統的渠道設計方法會增加工程量，水流量效果無法得到保證。針對此種情況，結合本水庫的地形特征，采取針對性的設計方案：（1）由于本水庫的干渠設計確定渠頂寬為0.4 m，在這種規格下若出現陡坡，則渠道外側無法通行，會增加渠道管理難度。針對此類地形，在渠道設計中采用C25鋼筋砼蓋板覆蓋的方法，不僅能夠滿足人員通行與后期管理的要求，也能避免坡面物體墜落而破壞渠道的問題。（2）對于土基段渠道設計，若邊坡較高，則采用貼坡式M7.5漿砌石擋墻護坡，其坡度要求為0.7～0.75，厚度為35 cm～40 cm，在墻后增設φ50排水孔。

4 結論

在水庫渠道設計中，水利設計標準發揮著重要作用，本文案例的渠道設計充分結合項目所處環境，并依照水利設計標準確定了其中的關鍵內容，達到了提高渠道設計質量的目的。由此可見，在未來水庫渠道設計中，需要充分考慮水利設計標準的要求，充分、切實保證水庫渠道設計質量。