[摘要]簡要介紹了龜石灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程概況，并剖析渠道設計理論、原則及過程，總結(jié)經(jīng)驗，闡述在該工程上的應用。
　　[關鍵詞]龜石灌區(qū)；優(yōu)化；方案比較；斷面；襯砌
　　[中圖分類號]
　　
　　1工程概況
　　龜石灌區(qū)位于廣西東北部，地處廣西賀州市鐘山縣、八步區(qū)境內(nèi)。是以龜石水庫為主，12個中小型水庫、3處引水工程、16處提水工程為輔的“長藤結(jié)瓜”型灌區(qū)，設計灌溉面積為30.45萬畝。渠道設計流量：0.2～22.0m3/s，渠道為4~5級建筑物，附屬建筑物按過流流量分別定為4~5級。由于原設計標準低，渠系建筑物配套不全，工程老化，破損嚴重，1998年灌區(qū)實際灌溉面積僅為17.98萬畝，灌區(qū)抗旱能力不高，灌溉保證率低，灌區(qū)效益未能充分發(fā)揮。經(jīng)過四十多年的沖刷與滲漏，造成現(xiàn)渠道邊坡不穩(wěn)定、滲漏孔洞多，渠道水利用系數(shù)較低，已嚴重影響農(nóng)田灌溉。為解決渠道滲漏及抗沖能力差的問題，必須采取防滲襯砌措施，以達到節(jié)水，提高渠道水利用系數(shù)，提高水資源的綜合利用價值。工程任務是根據(jù)渠道現(xiàn)狀，主要對現(xiàn)渠道斷面進行清淤、放坡、襯砌，以滿足過流能力。
　　2設計原則
　　在原有的渠系基礎上進行續(xù)建配套與節(jié)水改造，依此，渠系工程布置按以下原則設計：⑴保持原渠線，局部過于彎曲處適當栽彎取直；⑵在彎道段，如彎道曲率小于5倍水面寬度時，采取順凸岸漸變橫向降坡的方法；⑶在不改變渠道過水斷面的情況下，通過渠道防滲技術措施，提高渠道輸水能力；⑷力求上下斷面連接順暢，水流流態(tài)好；⑸盡量節(jié)省工程投資，少占耕地；⑹確保工程安全，運行可靠。
　　3斷面尺寸設計
　　3.1橫斷面設計
　　渠道斷面設計的關鍵是確定符合要求的斷面尺寸，即定出斷面形狀、底寬b及正常水深h。斷面形狀與濕周有關，在面積相等的幾何圖形中，周長短的濕周小，半圓形斷面渠道比矩形斷面渠道濕周小。在其它條件相同情況下，半圓形斷面比矩形斷面過流能力大，梯形斷面濕周及過流能力介于半圓與矩形之間。梯形渠道對地質(zhì)條件有很好的適性，邊坡系數(shù)m可以根據(jù)地質(zhì)條件及襯砌型式調(diào)整。在該工程設計中盡量采用梯形斷面，渠道改造邊坡系數(shù)保持同原渠道基本一致，因渠道經(jīng)歷長時間考驗，不穩(wěn)定部分逐步被沖刷、滑塌掉，現(xiàn)狀渠道邊坡趨于自穩(wěn)狀態(tài)。設計中小流量渠道及支渠尾部適當采用矩形斷面，減小過水面積，抬高過水水深，以滿足灌溉要求。
　　渠道寬深比a選擇，原則上應按水力最優(yōu)斷面進行設計，使土石方量和襯砌工程量最小。水力最優(yōu)斷面具有比較窄深的特點，當用于較大渠道時，開挖超過一定深度，施工就很困難。所以像干渠這種大渠道盡量選取較為寬淺的斷面，使寬深比a>a最優(yōu)。但對山坡較陡的盤山渠道，為了避免過大的劈山土石方量，按水力最優(yōu)斷面進行設計，采用較為窄深式斷面。
　　斷面形狀參數(shù)計算，渠道斷面不變的渠道各水力要素按明渠均勻流公式計算，擬定幾組斷面尺寸進行試算，漸變段按明槽恒定漸變流公式計算，計算公式分別如下：
　　1）明渠均勻流公式
　　                       
　　渠道超高分別按土石壩公式和《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288—99）中渠頂超高公式計算，選取獅洞干渠11+183斷面（Q=1.730m3/s）計算，計算公式如下：
　　               
　　　　                         渠道超高計算成果表
                            

　　規(guī)范公式計算的渠道超高值大，且超高基面較高。根據(jù)龜石灌區(qū)多年的運行情況，避免渠道挖方或回填太多，并適當預留山區(qū)渠道行洪高度，擬定西田口引水渠、西干渠、獅洞干渠及黃田支渠超高0.6m，擬定東五支渠、東六支渠超高0.5m，擬定東二支渠、東四支渠超高0.4m，超高基面為渠道正常水面。這與按土石壩公式計算的渠道超高基本相同。
　　3.2縱斷面設計
　　渠道斷面設計關鍵在于確定渠道縱坡i。從明渠均勻流公式可知，當渠道設計流量一定時，如果選擇較大的渠道縱坡，可以減小斷面尺寸，但會引起控制面積減小，流速加快，可能引起渠道沖刷。反之，如果選擇較小的縱坡，就要增加斷面尺寸，控制面積可以增大，但要增加工程量，而且在地面坡度較陡的地段，需要修建較多的聯(lián)接建筑物，增加工程投資。
　　影響渠道縱坡的因素很多，如灌區(qū)地形、地質(zhì)和土壤條件，渠中水流含沙量，以及渠道設計流量大小等。因此應考慮主要問題，兼顧次要問題。如含沙量大時，應著重考慮泥沙淤積問題，選擇較大縱坡，避免渠道淤積。又如，要求渠道能自流控制較大的面積時，應選小一些的縱坡。此外，為了避免修筑過多的建筑物，渠道縱坡還應與地形坡度相適應。
　　龜石灌區(qū)渠道含沙量不大，渠道斷面采用砼或石料襯砌后，渠道的設計流速易滿足不沖不淤條件，應著重考慮節(jié)省工程量問題。設計時盡量順著原來的縱坡，并兼顧做到縱坡統(tǒng)一，干渠力求一坡到底，支渠縱坡種類宜少不宜多，地形急劇變化段修建必要的聯(lián)接建筑物，如跌水或陡坡，避免出現(xiàn)大量深挖高填情況。當不同坡比之間優(yōu)缺點比較困難，難于選擇最優(yōu)坡比時，應擬定幾個縱坡坡比，進行工程量、投資比較，選出最優(yōu)坡比。
　　
　　4襯砌型式設計
　　根據(jù)龜石灌區(qū)的總體規(guī)劃及《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB50288—99），龜石灌區(qū)渠系水利用系數(shù)必須達0.55以上，渠道的允許最大滲漏量約0.1m3/(m2•d)。根據(jù)渠道允許最大滲漏量及襯砌使用年限（按30年設計），對獅洞干渠11+183斷面我們分別選擇了M7.5漿砌石、M7.5漿砌磚襯砌與現(xiàn)澆C15砼襯砌方案比較。
　　通過選擇方案比較，現(xiàn)澆混凝土防滲襯砌方案具有投資較省、施工工藝簡單、速度快、施工質(zhì)量易控制、使用壽命長等優(yōu)點，因此推薦盡量采用C15混凝土對渠道底板、內(nèi)邊坡進行三面襯砌防滲。結(jié)合實際情況和經(jīng)濟比較，首先應考慮渠道安全穩(wěn)定、施工保證上是否可行，若可行應優(yōu)選選擇投資省的襯砌方案。對坡比比較陡段和渠道比較寬的渠段、填方段均選擇M7.5漿砌石襯砌型式；渠道水深較淺、渠底比較窄的支渠尾段及小渠道選用M7.5漿砌磚襯砌；對土渠、傍山渠段渠寬較窄部位及其它情況均采用現(xiàn)澆C15混凝土防滲襯砌。
　　                                         渠道襯砌方案比較表

                       
　　2.質(zhì)量好
　　 缺點 1.投資大 1.只適用低坡段
　　2.投資大 1.養(yǎng)護時間長
　　5結(jié)語
　　灌區(qū)渠道設計是一個反復試算優(yōu)化的過程，很多參數(shù)要靠設計人員自己擬定，而且參數(shù)之間又相互聯(lián)系，一個參數(shù)改變就可能導致其它參數(shù)跟著改變。通過合理的選擇參數(shù)及斷面型式可以縮小試算范圍，快速選出較優(yōu)斷面，減小設計人員工作量。以上理論經(jīng)驗的應用，在龜石灌區(qū)這樣的大型灌區(qū)上取得了預期效果，多、快、好、省地完成了設計。
　　
　　參考文獻
　　[1]GB50288—99,灌溉與排水工程設計規(guī)范[P]