摘 要:農田水利建設是農業水利體系的重要內容, 是實施農業可持續發展的關鍵, 健全的農田水利建設體系和完善的管理措施,將很大程度上緩解自然災害給人民群眾生活帶來的不便,減少農業生產的損失。本文對廣東河源某小型農田水利工程之灌渠的設計進行探討。

　　關鍵詞:農田水利;灌渠改造;設計

　　農田水利灌渠設計直接惠澤百姓,并和老百姓生活、農村的經濟發展息息相關,農業水利工程對存蓄降雨、調劑用水、保障和促進農業生產有著至關重要的作用。設計渠道,首先要確定渠道引水流量,然后進行渠道的斷面設計,包括橫斷面設計和縱斷面設計。接著畫斷面圖,計算工程量,打概算,最后就是寫初設報告。

　　1渠道引水流量的確定

　　渠道引水流量是灌區農田灌溉凈流量和渠道損失流量的總和。它與河源水量大小、灌區內部的水源條件、灌區作物種類、種植面積、農田土質、灌水定額、灌區氣候、渠道長短等因素有關。渠道引水量的計算:應根據作物的灌溉制度及所控制的灌溉面積,按照同一時期不同作物同時用水量最多的情況計算,其計算公式如下:

　　渠系有效利用系數,是考慮渠道的滲漏和蒸發損失等因數的一個系數,一般干渠可采用0.5～0.7;支渠采用0.6～0.8;渠道襯砌時可提高到0.8～0.9。

　　2渠道改造設計

　　2.1渠道水位高程的確定

　　渠道的水位高程,是根據灌區內地面參考點的高程和各級渠道的沿渠水頭損失確定的。沿渠水頭損失包括渠道比降損失和通過渠道建筑物的水頭損失。

　　2.2渠道橫斷面設計

　　渠道引水量確定后,即可進行渠道斷面設計。渠道斷面采用的尺寸在流量一定時,它與流速、比降等因素有關。

　　(1)渠道比降及渠道流速

　　渠道比降取決于渠道土質、水流泥沙含量和灌區地面的坡度。渠道比降大,則流速大,通過一定流量所需的斷面小,節省土石方量,水頭跌落快,渠系控制的灌溉面積減少,容易沖刷渠床;如渠道比降過緩,流速過小,又會使渠道淤積,渠道輸水能力降低。因此渠道比降過大或過小都是不適宜的。為避免深挖高填,選擇渠道比降時,最好能使渠道與渠線所經過的地面坡度大致相適應。當渠線經過的個別地段,地面坡度較陡,渠道比降不能適應時,可采用跌水、陡坡等聯接建筑物調整渠道比降,使渠線的絕大部分能適應地形,減少挖填工程量。一般渠道采用的比降范圍如下:干支渠:1/500～1/2500;斗渠:1/200～1/1500;引渠:按地形和流量確定。渠道流速應小于渠道的最大允許不沖流速和大于允許不淤流速,以保證渠床穩定。最小允許流速(即不淤流速),可根據渠道水流中泥沙的性質按下式計算:Vk=C 。V為最小不淤流速(米/秒);R為水力半徑;C為根據渠道泥沙性質而決定的一個系數,可從下表中查出:

　　(2)渠道邊坡

　　渠道通過巖石地段時,斷面可采用矩形,建在土基上的渠道多采用梯形斷面。渠道的邊坡一般用1∶m表示,1表示斜坡的垂直距離,m表示斜坡的水平距離叫邊坡系數。m越大邊坡越緩,m越小邊坡越陡,渠道斷面為矩形時m等于零。土渠邊坡應根據土壤性質決定。土質堅硬邊坡可陡(m小),土質松軟邊坡可緩(m大)。

　　(3)渠道超高

　　為保證行水安全,渠堤頂應高出渠道最高水位一個高度△H,叫做渠道的超高。它與渠道級別、流量有關。

　　(4)渠堤頂寬

　　渠堤頂寬應按照渠岸高度及流量大小而定,如堤頂不結合道路,堤頂寬可按下表選用。如渠堤與道路結合,道路一側的堤頂寬,應按交通要求修筑。汽車路面寬度可采用5米;田間干道可采用1.5～2.0米。

　　(5)渠道斷面水力計算

　　通過渠道斷面的流量可用明渠均勻流公式計算:

　　式中:

　　Q─通過渠道的流量(立方米/秒);

　　ω─過水斷面面積(平方米)。

　　對梯形斷面ω=bh+mh2=(b+mh)h;對矩形斷面ω=bh。R為水力半徑,R=ω∕x為濕周,即過水斷面內水流與渠床接觸線的長度。矩形斷面x=b+2h;梯形斷面x=b+hm'(m'為第二邊坡系數)可查下表:

　　3 灌渠斷面水力計算實例

　　某小型農田水利工程灌渠位廣東河源，周圍的農作物又以種植蔬菜為主,人口、工業較多,故取該灌渠灌溉設計保證率為90%。在此基礎上計算灌溉灌水率(即灌溉流量系數)。參照《

　　河源市江河流域規劃報告書》灌區規劃部分計算成果,從中選取續灌時間T=10天,最大灌水定額mmax=161.6mm。按照灌水率計算公式:

　　=1.25(m3/s)/萬畝計算凈灌水率

　　q=q∕η=1.25/0.65=1.95(m3/s)/萬畝

　　考慮該渠系斗、農、毛渠均為土渠,所以選取渠系有效利用系數=0.65。

　　3.1 計算渠寬b

　　根據原始資料,結合地形確定該灌渠的斷面為矩形。灌溉面積為7500畝。流量系數為

　　1.95(m3/s)·萬畝。查渠道糙率表查出漿砌石糙率n=0.025,混凝土糙率n=0.015,故該灌渠的糙率為n= =0.0183。

　　故計算出灌溉流量Q=7500×1.95/10000=1.46m3/s。

　　用圖解法求渠寬b：假設h=1米

　　K=Q/ =1.46/ =119.21

　　H2.67/nk=12.67/(0.0183×119.21)=0.458

　　查《水力學》上冊附錄,查相應的0.458及m=0時的h/b=0.3。所以b=1/0.3=3.333米;取b'>b,b'=3.5米

　　3.2 校核渠道流速V

　　渠道流速V=Q/ω=Q/b'h=1.46/3.5×1=0.417m/s,此流速大于允許不淤流速0.3m/s,小于不沖流速2.2m/s,滿足要求。

　　4渠道縱斷面設計

　　渠道縱斷面設計,一般是與橫斷面設計同時進行。它包括:沿渠地面高程線、渠道正常水位線、渠道最低水位線、渠底高程線以及渠道堤頂高程線、分水口位置以及渠道建筑物設置等的內容。渠道的縱斷面設計圖,首先是根據渠道的平面布置圖,按不同里程相應的地面高程,在縱斷面圖上繪出地面高程線。然后參照水源或上一級渠道水位高程、沿渠底面坡降、各分水點所要求的水位高程,根據一定的比降(指渠底比降,與水力計算中所采用的水力比降i相同),繪出正常水位線。有了正常水位線,便可根據渠道的正常,繪出渠底高程線,接著按最小水深、加大水深和渠道超高,平行于渠底線向上繪出最低水位線、加大水位線和堤頂高程線。在滿足下一級渠道分水點所要求的水位高程前提下,在上一級渠道的地面坡度很陡或有突變之處,可以結合綜合利用的需要,具體選擇跌水和陡坡,并確定其高差及位置。上一級渠道向旁側分出水量時,除應保證在正常流量下順利向下級配水外,還必須保證在最小流量時,也能滿足下級渠道引水的要求,這樣往往就需要修建節制閘。

　　5結束語

　　總之，小型農田水利建設是農業發展的最基礎的條件,在灌渠的設計中,過水斷面尺寸的確定,主要是合理選定渠道斷面的邊坡、渠底底寬b、渠中水深h和超高ΔH。

　　參考文獻

　　[1] 李慧，小型農田水利工程之灌渠的設計問題探討[J]科技促進發展(應用版)，2011.02