水庫灌區的渠系布置和渠系建筑物結構設計
——以遵義市湄潭縣關坎腳水庫為例

趙仁露

(安徽理工大學，安徽 淮南 232001)

渠系以及渠系建筑物的設計是水庫工程建設過程中需要考慮的重要因素之一，隨著我國對生態問題的重視以及農業可持續發展理念的深化，對我國水庫灌區灌溉提出了較高的要求。要求能夠充分結合工程的地質條件、現有情況等進行設計。

一、水庫灌區工程概況

關坎腳水庫具有容622萬 m3水庫總庫容、590萬 m3正常蓄水位庫容，地處湄潭縣洗馬鄉雙河村，屬于小型水庫。工程的主要目的是灌溉，服務于灌區內5 000頭牲畜以及4 500口人。具有2.195 m3/s的最大引水流量，能夠達到826萬 m3灌溉用水、16.6萬 m3人飲用水，共計842.6萬 m3年總供水量，工程等級為Ⅳ。關坎腳水庫灌區屬于典型的山區地帶，行政地理范圍為湄潭縣洗馬與馬山，具有較為深切的河谷。灌區渠道沿著當地山區布置，具有840～945 m高程，為自流灌溉。包括土基、巖基等土層形式，其中土基部分多穿過臺地、洼地、槽谷、耕地等，具有洼地、溶蝕峰叢、中低山丘陵、槽谷、等地貌形式。具有硬巖與軟巖分布形式，分別占比70 %、30 %。兩者相間分布，在渠道布置過程中要求切實結合當地巖層分布情況，有效避免了其中出現一些不良的地質現象。

二、水庫灌區工程渠系布置

該水庫灌區在渠系布置層面上堅持合理配置、適度開發、注重保護、綜合利用、注重節約的設計原則，在制水上堅持先節水、后飲水、先治污、后通水的原則，在進行有效的生態資源保護的基礎上進行有效治水。關坎腳水庫在渠系布置層面上充分結合當地目前水利設施的建設情況、水土資源的分布情況以及地形地貌特征進行。水庫灌區具有2 762 hm2控制灌溉面積，灌區主要包括湄潭縣洗馬、馬山，沿著山系分布情況進行灌溉渠道布置，建立了自流灌溉體系，具有渠高田低的分布特征。在灌區建設過程中充分發揮管道灌溉以及渠道灌溉自身的優勢，考慮到水庫建設過程中的工程施工情況、水庫建設效益以及運行管理等多種層面，干渠輸水采取渠道輸水方式，運用渠道與管道結合的方式進行支渠設計。

從經濟、地質條件以及工程施工難易程度等多個層面進行工程設計與施工，在灌區渠系設計上包括總干渠、洗馬干渠、團林干渠。設計與布置較為合理，取得了良好的設計效果。防滲結構設計中要求充分結合當地的自然條件進行，包括地形、氣候、地下水、土質等因素，在耐久性、防滲標準、渠道大小以及輸水方式的設計上要求能夠符合工程設計的要求，考慮到現有地表水、水資源條件以及地下水的實際情況進行渠系規劃與設計，充分考慮到多種生態環境因素以及社會經濟條件等，包括當地的材料來源、土地利用情況、機械設備的供應情況、能源情況、勞動力情況等，對此進行充分、全面而綜合的技術經濟論證。

表1 灌溉管道水力計算表

在防滲結構的選擇上，要求堅持就地取材、因地制宜的原則，具有良好的防滲漏效果，最大滲漏量應當嚴格控制在規定數值之內。具有良好的性能，使用壽命較長。具有較強的防淤泥抗沖能力以及輸水能力。工程施工操作較為便捷，具有較高的工程施工質量。便于對工程進行維修管理，具有較為合理的價格。設置渠道邊坡，采用1∶1的外坡比例，1∶0.5的內坡比例，局部邊坡由于倒塌而出現一些變形現象，要求對此進行及時修整。按照《灌溉與排水工程設計規范》中的相關規定設計挖、填方渠道邊坡系數以及排水溝邊坡系數，要求能夠切實符合工程的使用需要。確定防滲襯砌形式與糙率n。本次工程中灌區的渠道經過長久的運用之后均出現不同程度的損壞現象。部分溝渠具有較大的滲漏量，具有較低的渠系水利用系數，要求對這一現象及時改善，對需要改造的渠道進行有效的襯砌處理?？刹捎矛F澆混凝土的實施方案。設置15 cm的C20混凝土襯砌厚度。該種形式具有較廣的使用范圍，具有較好的耐久性，能夠達到較好的防蟲防滲效果。具有30～50年的使用年限。具有較好的整體性，經久耐用，維修成本較低。

三、水庫灌區渠系建筑物結構設計

渠系建筑物結構包括渠道、輸水管、隧洞襯砌、灌區倒虹管等的布置。

(一) 設計渠道貴州山區具有較為復雜的地形，要求加強渠道設計，結合渠道的流量設計渠道斷面內邊坡、縱坡以及糙率等。本次工程施行過程中支渠、團林干渠、總干渠、洗馬干渠坡降均設置1∶2 000的比例，運用C15混凝土進行防滲處理，采用n=0.015的渠道糙率。設計2 107 hm2的灌溉面積，結合加大流量設計過水斷面的尺寸，要求嚴格按照《灌溉與排水工程設計規范》中的相關規定進行，設置1.30加大系數，按照續灌方式設計上萬畝灌面。最小流量要求按照高于或者等于70 %水深進行。

(二) 設計輸水管關坎腳水庫灌區工程輸水管材可選擇UPVC管、玻璃鋼夾砂管、PE管、PCCP管、球墨鑄鐵管、鋼管等類型。在具體的設計過程中,要求結合當地的管線布置地質條件以及使用條件設置管道直徑等相關數據，同時考慮到管道安裝、運行、維護以及多方面的經濟性因素，本次工程設計中采用了球墨鑄鐵管輸水方式。首先計算水力。結合《灌溉與排水工程設計規范》中的相關規定進行水力計算。結合管線布置長度與流量，進行水損計算，見下表1。運用球墨鑄鐵管輸水方式，將明管鋪設與地下埋管綜合運用，埋管埋深要求大于等于0.7m，在農田、道路埋管過程中要求大于等于1.0m，將自動進排氣閥布置在管道凸起位置處，將放(排)水閥進行沿線布置，將鎮墩布置在管道的縱向轉折以及管道平面位置處。

(三) 布置隧洞襯砌隧洞襯砌采用無壓隧洞的支護方式，先將III類圍巖段開挖成型，III類圍巖段運用C15混凝土進行側墻與底板的襯砌，設置0.2 m厚度，頂拱不用支護。IV類圍巖段同樣運用C15混凝土進行側墻與底板的襯砌，設置0.2 m厚度，頂拱以噴C20混凝土進行支護，設置0.1 m厚度，運用瀝青砂漿進行縫內填縫。

(四) 布置灌區倒虹管關坎腳水庫灌區工程建設中在洗馬干渠設置7座倒虹管，團林干渠有14座，共計21座倒虹管。均運用的是預應力鋼筋混凝土管。倒虹管指的是工程建設過程中在穿越低洼分水嶺、山溝以及河流過程中的建筑物。設計過程中要求綜合考慮工程實際難度以及工程所需投資情況，同時充分結合了以往工程的實施情況,在倒虹管的進口位置設置了沉沙池、攔污柵以及閘門。在較為低洼位置處設置沖沙兼放空閥，為了避免出現污物反流回攔污柵現象，要求同時在出口位置設置攔污柵，采用工人直接清潔的清潔方式。采用了漸變段的銜接方式。進口漸變段設置了上游渠道水深的3～5倍，出口漸變段則設置下游水深的4～6倍。將排氣閥、自動進閥設置在管道凸起位置處，運用混凝土剛性管座的設計方式。針對低洼地帶以及小溪溝采用埋管敷設方式，跨河位置處則采用管橋明管跨越或者漿砌石支墩方式，將支墩基礎布置在砂卵礫石層或者基巖之上。嚴格按照《貴州省小型渠系建筑物定型設計》中的相關規定設計放水沖砂孔、管道接頭、進出口的結構型式。