黃竹坪灌區渠系布置及結構設計

宋思亮

（梅州市水利水電勘測設計院有限公司，廣東 梅州 514400）

1 工程概況

黃竹坪灌區位于廣東省梅州市蕉嶺縣，為中型灌區，屬韓江流域石窟河水系。

黃竹坪灌區設計灌溉面積900 hm2，其中水田720 hm2，旱地180 hm2。結合灌區面積分布，根據《中型灌區續建配套與節水改造項目建設管理辦法（試行）》《灌區改造技術標準》的有關規定，設計灌溉面積為666.70 hm2及以上，小于20 000 hm2的灌區為中型灌區，確定黃竹坪灌區為中型灌區。黃竹坪灌區包括南北兩個灌區，由1條總干渠，2條干渠（南干渠及北干渠）、若干條支渠及渠系建筑物組成。根據現場查勘，總干渠現狀情況較完好。黃竹坪灌區還包含了2座跌水電站，分別為路亭電站和烏土電站。對灌區現狀進行分析，一方面計標準低，灌溉保證率不足；建設年代久遠，建筑物老化、損壞，渠道滲漏嚴重；另一方面缺乏有效管理和維護，渠道淤積、堵塞嚴重，引水效率低。造成枯水年灌區供水不足，大面積農作物缺水，嚴重影響當地民眾的生產和地方經濟發展。因此，需要對其進行改造。

2 整體改造方案

此工程改造的主要任務是以現有中型農田水利工程配套、維修、改造為主，根據灌區改造工程建設范圍及項目區干部、群眾的意愿，并結合灌區現狀、存在的問題，合理布局、綜合治理，對灌區范圍內的農田水利工程進行全線段維修、整治。

3 渠系布置

3.1 總體布置

對現有渠道、閘門進行維修加固整治，完善灌排渠系。渠道根據項目區的自然地理地形條件，因地制宜，按照現有的渠道走線進行總體布置，對現狀較好段進行清淤及重新澆筑底板處理，質量較差段選用現澆鋼筋混凝土對渠道進行改造加固，從保障改造效果的角度，對所有渠道進行混凝土澆筑，渠道采用75#漿砌石進行襯砌，加1∶2水泥砂漿進行振搗或采用200#混凝土澆筑。對改造后渠道過流能力進行復核，經復核改造后渠道過流能力結果均滿足設計流量。

此次改造工程一共包含了9座迎水坡，其中：烏土電站上游840 m的1座擋水陂，及文福高速出口樟坑水上游6座擋水陂需要拆除重建，烏土引水陂和山下引水陂需要加固，同時維修重建干渠與支渠，渠道按現狀渠道走線布置，維修重建渠道18.46 km，并對現狀較破損的渠系建筑物進行維修或拆除重建。

3.2 渠首布置

此工程對黃竹坪灌區君坑里2座引水陂進行加固處理，對烏土引水陂和山下2座引水陂進行加固處理，保證灌區補充水源取水點持續供水。渠首工程主要有攔河擋水陂、進水閘和沖砂閘。擋水陂設計為C20混凝土，陂體高度5 m，基礎埋深2 m，頂寬3 m，上游面鉛直，下游溢流面坡比1∶1.50，頂部為圓弧，弧半徑2 m，下部為反弧，弧半徑5 m，陂體底部寬9.80 m，垂直水流方向長10 m。在擋水陂一側布置進水閘和沖砂閘，進水閘孔口尺寸為：1 500 m×1 000 m，沖砂閘孔口尺寸為：1 500 m×1 500 m，進水閘和沖砂閘采用鑄鐵閘門，配螺桿啟閉機，進水閘后布置引水渠引水至灌溉渠道，引水渠尺寸為：1 500 m×1 000 m，長10 m。擋水陂上游兩側布置C20混凝土導墻，長10 m，墻4.50 m，墻頂高出陂頂1 m。擋水陂下游布置消力池，池長10 m，池深0.50 m，底板采用C20混凝土，厚0.60 m，兩側布置C20混凝土邊墻，墻4.50 m，長10 m。

3.3 渠道布置

對現有灌區渠道情況進行分析，工程設計標準低，枯水年不能滿足灌區灌溉用水要求，渠首庫區淤積嚴重，大量淤砂隨水流進入渠道，造成渠道進一步淤積、堵塞，結構老化嚴重，破損、裂縫、滲漏、存在安全隱患。渠道淤積、堵塞、滲漏嚴重，襯砌率低，邊坡過陡，易坍塌阻塞，斷面偏小，過流能力不足。因此，需要重新做好灌區設計工作。

一是縱斷面設計。黃竹坪灌區渠道建成已運行達幾十年，如果調整渠道縱坡，將給渠道水面銜接帶來困難，并會顯著增加工程量，還可能增加渠道永久占地。經現場實測渠道縱坡降，經分析計算確定渠道基本維持原比降，不宜做調整。由于灌區戰線較長，縱斷面設計分段進行，渠道縱坡比為1∶2 000。

二是橫斷面設計。在原有渠道的基礎上進行改造，渠道寬度應結合現狀渠道斷面的改造和整治，考慮工程管理、維護需要，渠道一側布置管理道路。對現狀無襯砌渠道改造均采用矩形斷面，渠道采用C20混凝土襯砌，渠底采用C20混凝土護底。渠道襯砌每10 m設置一道沉降縫，分縫材料采用瀝青木板。

三是渠頂寬度設計。為工程管理維護方便，確定沿干渠渠線一側修建一條工程管理道路，渠道岸頂兼做管理道路，結合黃竹坪灌區現場實際情況，此次工程擬在黃竹坪灌區干渠岸頂新建機耕路5 km，寬2.50 m；新建管護路4 km，寬1.50 m。

四是渠道節水設計。項目區內明渠的渠系水利用系數偏低，渠道滲漏十分嚴重，水資源沒有充分利用。針對渠道目前存在的問題，節水改造措施主要包括：續建原有渠道、將土質渠道進行“三面光”防滲漏處理等，可大幅減少滲漏損失，可大大提高灌溉水利用系數，使項目區耕地作物灌溉得到有效保證，有效提高作物產量，以充分發揮耕地效益。另外，項目區內部分干渠已被掩埋，且支渠渠系不夠完善，造成部分水田灌溉困難，此次改造工程加大支渠的配套改造，通過完善支渠可增加、恢復和改善灌溉面積，提高水利用系數，從而提高作物產量。

3.4 生態布置

此次設計對普通溝渠與生態溝渠及管道兩種灌溉方案進行了對比，生態溝渠灌溉具有直觀、運行方便、維護維修簡單、運行成本低廉、提升生態景觀，有利于水生動植物的生長，較少混凝土的使用，可降低碳的排放和能源的消耗等特點。而管道灌溉可節約土地資源，提高水資源利用率，具有很強的適應性。

此項目擬在灌區南干渠末端修建1 條綠色生態格賓籠渠道，渠道長約110 m，渠道上每50 m布設一個生物通道，除此之外不做其他處理，以最大限度地減少人工干預。

4 渠系建筑物設計

渠系建筑物由重建及維修兩部分組成，對于因工程老化，年久失修，帶病運行的建筑物，進行維修加固處理，投入正常運用；對于損壞嚴重，無法維修的建筑物，影響灌區正常運行的進行拆除重建；重建、維修建筑物采用混凝土結構。

4.1 閘門

黃竹坪水庫灌區局部閘門由于運行時間較長，閘門表面可見明顯生銹痕跡，此工程對閘門進行更換維修，此工程現狀渠道老舊控制閘進行維修更換33 扇（南灌區11 扇，北灌區22扇）。水閘采用C25鋼筋混凝土，閘室長2.60 m，寬1.50 m，底板厚0.35 m，閘墩高1.00 m，厚0.35 m，門槽布置在閘室中部，閘墩上布置啟閉機排架，高1 m，閘門采用鋼閘門。

4.2 倒虹吸管

黃竹坪灌區南灌區有一處倒虹吸，倒虹吸位于第三段干渠烏土溪處，倒虹吸管為鋼管，管身半徑為800 mm，運行時間較長，現狀運行正常，但表面見明顯生銹痕跡，對其進行除銹后，評估倒虹吸管的性能，滿足工作需求的可以繼續使用，否則需要更換，復核過流能力，具體公式如下

式中：Q—通過虹吸的流量，m3/s，ω—倒虹吸的斷面面積，m2；z—上、下游水位差，m；μ—計入局部損失和沿程摩阻損失的流量系數；g—重力加速度，m/s2。

經計算，μ=0.524，z=1.03，Q=1.18 m3/s，判斷倒虹吸滿足過流能力。

倒虹吸長800 m，采用Φ800 mm 鋼管，管壁厚10 mm，兩側支座采用C20混凝土擋墻，中間支座采用C20混凝土鎮墩。

4.3 渡槽

黃竹坪灌區現狀有10座渡槽，經過多年運行，渡槽存在漏水，裂縫等現象。故此次擬對10座渡槽進行維修加固或重建。

重建渡槽采用C25鋼筋混凝土，長32 m，高9.70 m，設3跨，單跨長8 m，基礎采用臺階基礎，第1級尺寸為2.80 m×1.90 m×0.50 m，第2級尺寸為2.00 m×1.10 m×0.50 m，基礎埋深2.00 m，排架柱尺寸為0.30 m×0.50 m，高6.40 m，框架梁尺寸為0.70 m×0.60 m，長2.20 m，槽體斷面為矩形，內尺寸為1.20 m×1.20 m，底板與邊墻尺寸為0.30 m。渡槽槽身之間、槽身與漸變段之間布置橡膠止水帶。

4.4 涵洞

黃竹坪灌區現狀有15座涵洞，經過多年運行，大部分涵洞表面存在裂縫等現象，故此次擬對15 座涵洞進行拆除重建。涵洞采用C25 鋼筋混凝土，斷面為矩形，內尺寸與重建后的渠道一致，底板與頂板厚0.30 m，邊墻厚0.30 m。

5 結論

此項目屬社會公益性項目，其有形的或無形的社會及環境效益巨大，工程完成后，將明顯減輕洪水對下游保護區內工農業生產和人民生命財產的危害，對區域的社會經濟發展將起到極其重要的作用。結合工程實施情況，設計改造目標基本實現，預定功能能夠正常運轉，后續需要有關部門加強養護管理工作，將灌區及渠系建筑物的功能和價值充分發揮出來。