灌区渠系工程设计研究

1项目概况

高安市位于江西省的西北，锦北灌区为跨县大型灌区，为江西省大型水源蓄引水灌溉工程之一。本项目的具体施工范围为锦北灌区港口支渠灌片位于高安市汪家圩乡的南部。锦北灌区港口支渠灌片的田地较为平整，集中连片，地表水和地下水非常丰富。项目区内水资源非常好，境内有东干渠从南北穿过，渠线长12km，东北部有中型水库（碧山水库），山塘水库13座，总库容2196万m3，渠道及水库覆盖项目区95%的农田灌溉面积，水源及灌溉条件十分可观。锦北灌区港口支渠灌片范围涉及汪家圩乡镇燕溪村、官田村、竹山村、孙家村四个村，涉及3600人，设计面积为0.54万亩，现有效灌溉面积为0.35万亩，本次项目建设高标准农田面积0.39万亩。

2渠道布置形式

2.1干（支斗）渠布置。在进行骨干渠道的布设时，对于原有的旁山的渠道，则是选择了维持原有的布置方式；对于方便施工的区域，根据实际施工条件进行了裁弯取直改造。对于旁山渠道有截洪要求的，则按照相关的设计规范要求进行设置了相应的泄洪闸；对于渠线的布设，尽量做到短（线短）、直（顺直规整）、半（半挖半填），同时要尽量避开险工险段。斗渠大部分为新建，原田间的斗渠，顺势弯延，满天星分布，排灌不分。此次设计在尽量沿用老渠道情况下，重新规划斗农渠，做到节水、高效、排灌分家，尽量地减少耕地占用。2.2渠道输水形式。港口支渠片灌区的渠道采用的是支渠续灌，加上斗渠和农渠进行轮灌的方式。采用这种方式，一方面能够有效地减少各部分渠道的输水时间，从而增大输水流量；另一方面能够有效地降低渠道的输水损失量，这样也就会对农业耕作和灌水工作之间的相互配合起到较为积极的促进作用，在较大程度上提升整个渠道的灌溉效率。2.3渠沟布置。2.3.1渠沟布置原则。1）在进行渠道布置时，应将其尽量地设置在地势较高的位置，从而能够满足自流灌溉的要求。根据实际地势情况，采用灌排相邻布置或相间布置。2）在场地布置2～3级固定渠道，各级渠道应保存相互垂直。3）排水沟结合灌溉渠道和田间道路进行布置，在地形平坦的地区宜采用与灌溉渠道相同的双向排水形式，在倾斜平原地区宜采用与灌溉渠道相邻的单向排水形式。4）设置的每一级排水沟，需要结合实际地形，最大限度的做到自流排水。2.3.2渠沟布置设计。在线路选择上，设计中灌排沟、渠采用的是相邻布置，单向灌溉和单向排水，灌排方向一致。为了能够利用自流进行灌溉和排水，根据实际施工场地的地势情况，将灌水渠设置在地势较高的位置，排水沟则设置在较低的位置，最终确定为3级固定渠道。干、支渠为进入田间的一级渠道，斗渠为二级渠道，从垂直于支渠处进行引水，并依靠地势布设在较高的地势处。农渠尽量垂直斗渠布设，沟渠的间距根据田块布置而定，标准间距为68m，农渠为田间最末一级固定渠道。排洪沟设计为主排洪沟、斗沟、农沟（与农渠结合使用）三级排水沟，项目区内斗沟除了承接项目区内大部分田块排水之外，还承接项目区周边农田余水的排泄。斗沟依地势根据排水位置布设在较低处，农沟尽量垂直于斗沟布设。田间各级渠道的长度与相应级别排水沟的长度对应一致。通过设计分析，在本项目区末级固定渠道（斗渠）长度宜在100m～300m之间，间距120m。

3渠系工程设计要求

3.1渠道设计原则。在进行渠道的断面设计时，要进行合理实用，尽可能使纵坡与地形相接近，从而减少土地使用面积，减少填挖量，节约工程成本。进行渠道设计时要充分考虑衬砌防渗，从而保证渠道的利用率，减少水的浪费。渠道流速的设计应该以不淤流速进行合理计算，为了能够避免上一级渠道的淤积，斗渠的引水口设计尽量与支渠的渠底保持一致，同时也有利于水、沙的利用。支渠和斗渠的设计水面高出地面的范围控制在0.2m~0.3m；农渠水位比地面高出0.1m~0.2m。3.2渠道横断面设计。项目中的渠道衬砌断面优先选择了U型槽衬砌，其主要作用一方面是为了减少渠道水渗漏的损失，同时提升渠道水系的利用效率，并便于控制地下水位的上升，防止土壤沼泽化和次生盐碱化等情况的发生；另一方面则是能够减小渠道的粗糙度，从而能够有利于水流的流动，避免渠道产生淤积，同时能够避免杂草的生长，从而节省清淤等部分的成本。各种衬砌形式的优缺点比较如表1所示。港口支渠过村庄周边，开挖量不易过大，宜选用矩形断面，可以采用现浇C15混凝土和砖砌，现浇C15混凝土每米造价高于砖砌每米造价，综合考虑选用了砖砌断面形式；泉塘干渠（0+000～0+250）土质较差，地基软弱，并且回填土难以保证质量，故选用了砖砌；泉塘干渠（0+438～1+125）通过山脚边，土壤组成多为砾石，开挖难度大，断面不易过大，从经济角度考虑选用了砖砌。孙家排灌渠（0+000～0+120）位于乡村道路旁，渠道断面不宜过大，选用了现浇C15混凝土(矩形断面)；徐家支渠（0+000～0+400、0+740～0+840）在山体附近，开挖难度大，从经济和耐久性考虑选用现浇C15混凝土(矩形断面)；朱家支渠（0+000～0+336）土质较差，地基软弱回填土难以保证质量，采用了现浇C15混凝土(矩形断面)；徐家支渠（0+400～0+740、0+840～1+361），泉塘支渠（0+250～0+438、1+125～1+532）、熊家斗渠（0+000～0+583）边坡地质条件较好，边坡较缓，采用矩形断面则土方回填较大，从经济考虑选用了预制混凝土(梯形断面)。各断面形式如下图1、图2、图3所示。3.3渠道纵断面设计。在进行纵断面设计时，对整个项目中所要治理的渠道的相应的高程进行放线测量，根据各渠的分水口的相应的高程情况，进行确定渠道的纵坡度。在进行渠道的设计水面线推算时，需要对相关的参数进行控制，放水口进田水深不小于10cm；续灌渠道应按规范要求计算加大流量，流量加大系数取1.3；设计净灌水率取0.6m3/s•万亩；渠道不完全衬砌渠系则针对不同的功能采用不同的系数值，农渠采用0.93，斗渠采用0.88，支渠采用0.83，干渠采用0.78；田间水利用系数取0.95。在进行渠道的挖方渠岸和填方的堤顶设计时，根据实际情况设计一定的安全超高，在设计时，综合了以往的工程经验以及当地的生产情况，对于支渠和斗渠的相关渠道的安全超高一般设置为0.15m，农渠的安全超高则设置为0.1m，排灌渠安全超高取0.2m。

4渠道要求的水位控制高程及纵断面水位衔接

4.1渠道水位高程控制在进行渠道进水口的水位设计时，要将支渠的分水口的运行水位进行综合的考虑，将田间的灌水水头作为整个渠道末点的计算高度，然后将各部分控制点的高程按照从下往上的方式进行推算。渠道放水口的设计高程的确定要综合考虑自流灌溉，保证各部分控制灌溉面积均能够满足要求。4.2渠道纵断面的水位衔接本项目的渠系工程在进行各区段的水位衔接时，选用了不改变水流深度只改变断面的连接形式，这样能够最大程度的确保引水水位的稳定性。在与沿途的渠道建筑物连接上，需要将水流通过各部分建筑物时所产生的损失考虑在内，从而能够有效的避免水流速度变慢，沉积泥沙等情况的发生；综合考虑之后，对于可能给会出现较大水头损失的建筑物，可以设计出多余的损失余量，从而能够保证各部分的顺利连接。在进行上下级渠道水位的衔接设计时，要尽量地减少泥沙的淤积，可以允许一定量的沙进入到农田，从而能够改善土壤性质，所以在进行设计时，一方面需要能够满足下级渠道的引水需要，另一方面要能够保证下级渠道的引水口底部高程与上级渠底高程一致。在斗渠设计时，按照设计流量进行取水，如果通过的流量为最小值，则对取水会带来不利的影响，需要在斗渠上进行设置节制闸，通过节制闸来进行控制水位，通常情况下，一个节水闸能够满足2~4个农渠口的取水要求。

5小结

做好农田水利渠系工程的设计工作是实现农田灌溉的重要方面，同时也会直接影响整个农田水利工程的利用性能。本文主要对高安市港口支渠片灌区的渠系工程设计的原则进行分析，并对具体的渠道截面设计进行研究，根据实际施工条件以及相关规范，对整个片区的各部分衔接高程进行合理的设计，从而确保了整个项目的顺利实施，整个项目灌溉面积达0.39万亩，带来了较大的社会和经济效益。

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