小型农田水利项目设计要点

2017-10-20梁小娟河南方正水利工程咨询有限公司

河南水利与南水北调 2017年9期

□梁小娟（河南方正水利工程咨询有限公司）

小型农田水利项目设计要点

□梁小娟（河南方正水利工程咨询有限公司）

为进一步加快农田水利建设，获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目工程设计从获嘉县实际出发，以提高农田抗御旱涝灾害能力、保障国家粮食安全和增加农民收入、改善农业生产和农村生态环境为目标，在原有布局的基础上进一步完善和提高。根据实际情况，因地制宜，以项目区内现有干、支渠为基础，增设改造支、农渠及配套工程；增加配套地下水水源工程。工程项目的实施，改善了水源工程和灌排骨干工程的运行状况，扩大了有效灌溉面积，进一步提升农业抗灾减灾能力，改善农业生产条件，提高土地利用率，增加农民收益，促进农业发展。

农田水利；工程设计；农业生产

1 工程概况

项目主要规划设计为：①水源工程：新打机井118眼，配套水泵118套，配套地埋线37.71km。②田间灌溉工程∶衬砌渠道14.82km，其中衬砌支渠2条，长1.38km；衬砌农渠38条，长13.44km。③配套建筑物工程：渠系配套建筑物（节制闸30座、毛门360座），其他渠系建筑物74座（生产桥5座、过路涵69座）。

2 工程设计

2.1 灌溉渠道设计

获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目设计方案：干渠按续灌渠道设计；支渠及其以下渠道按轮灌渠道设计。根据河南省人民胜利渠灌区节水改造成果，各级渠道水利用系数分别为：总干渠0.96、干渠0.93、支渠0.86、斗渠0.82、农渠0.80、田间旱作0.9、田间水作0.95，旱作区设计净灌水率为4.65m3/s·万 hm2，水作区设计净灌水率为 9.75m3/s·万hm2，按设计水平年规划。计算公式如下：

式中：Qs—渠道设计流量（m3/s）；As—该渠道灌溉面积（hm2）；ηs—该渠道至田间的灌溉水利用系数；N—轮灌组数，干渠续灌为1，支、斗、农渠轮灌N＝3。

灌溉水利用系数按照该级渠道以下渠系水利用系数乘以田间水利用系数计算。

2.2 灌溉渠道断面设计

获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目有关设计渠底、设计水位及渠底比降，按明渠恒定均匀流公式对渠道设计断面进行复核。

式中：Q—渠道设计流量（m3/s）；ω—渠道过水断面面积（m2）；C—谢才系数；R—水力半径（m）；i—渠底比降；n—糙率，取1.50×102；X—过水断面湿周（m）。

2.3 灌溉渠道岸顶超高设计

堤顶设计依据规范要求，堤顶超高计算按公式：

式中：Fb—渠道岸顶超高（m）；hb—渠道通过加大流量时的水深。

根据获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目灌溉渠道实际情况，渠道共设计5种断面：

断面一：设计底宽40cm，上口宽180cm，渠深70cm，堤顶宽 50cm，内外边坡均为1∶1，纵比降为1/3000，糙率取 1.50×102，设计水深33cm，设计流量0.09m3/s。C20现浇混凝土衬砌，衬砌厚度为7cm。主要适用于农渠，项目区共设计该断面渠道1481m。

断面二：设计底宽40cm，上口宽150cm，渠深70cm，堤顶宽50cm，内边坡为1∶0.80，外边坡为1∶1，纵比降为1/3000，糙率取1.50×102，设计水深33cm，设计流量0.08m3/s。C20现浇混凝土衬砌，衬砌厚度为7cm。主要适用于农渠，项目区共设计该断面渠道4057m。

断面三：设计底宽30cm，上口宽110cm，渠深50cm，堤顶宽50cm，内边坡为1∶0.80，外边坡1∶1，纵比降为1/3000，糙率取1.50×102，设计水深17cm，设计流量0.02m3/s。C20现浇混凝土衬砌，衬砌厚度为7cm。主要适用于农渠，项目区共设计该断面渠道7324m。

断面四：设计底宽30cm，上口宽60cm，渠深50cm，堤顶宽50cm，内边坡为1∶0.30，外边坡1∶1，纵比降为1/3000，糙率取1.50×102，设计水深17cm，设计流量1.20×102m3/s。C20现浇混凝土衬砌，衬砌厚度为7cm。主要适用于农渠，项目区共设计该断面渠道577m。

断面五：设计底宽50cm，上口宽330cm，渠深140cm，堤顶宽50cm，内边坡为1∶1，外边坡1∶1，纵比降为1/3000，糙率取1.50×102，设计水深85cm，设计流量0.66m3/s。C20现浇混凝土衬砌，衬砌厚度为7cm。主要适用于支渠，项目区共设计该断面渠道1375m。

3 建筑物设计

3.1 水闸设计

农渠节制闸均采用定型设计，由于流量较小，采用涵管式，按涵洞进行水力计算，计算公式如下：

式中Q—设计流量（m3/s）；m2—压力流时流量系数；A—涵洞断面面积（m2）；H0—计及流速水头的涵洞进口水头（m）；i—洞底坡降；L—涵洞长度（m）；∑ξ—局部水头损失系数的总和；C—谢才系数（m1/2/s）；R—水力半径（m）；h2—涵洞出口水深（m）。

农门节制闸于设计流量均较小，计算所需涵管断面面积也较小。考虑灌区为浑水灌溉，易淤积，结合灌溉管理经验，闸门采用平面铸铁闸门，规格为PZ0.50m×0.50m，启闭机采用0.50t螺杆式启闭机。

3.2 桥、涵设计

桥梁荷载设计标准为公路二级折减,根据渠道断面和道路交通要求，桥面净宽度均为4.50m，桥墩采用M7.50砌石墩结构，桥面为C25钢筋混凝土板结构，桥梁为一跨，跨度2m；过路涵管采用C25混凝土圆管涵，管径分Φ40、Φ50、Φ60三种。

获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目区规划设计灌溉渠道生产桥2m跨5座，Φ40涵管52座、Φ50涵管1座、Φ60涵管14座、Φ100涵管2座。

4 机井工程设计

获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目区采用井渠双配套，单井控制面积4～5.33hm2。设计原则：①渠灌为主，井灌为辅，井渠结合，合理布置。②应与灌排渠道、道路的布置相协调，便于管理和运用。③对于纯井灌地块，地面坡度较陡或起伏不平，井位应布设在高处；地面坡度较平缓，井位居中布置。④尽量布置在斗、农渠旁边，以便利用斗、农渠道输水。

为增加机电井的滤水面积，提高出水量和便于安装检修设备，并结合实际情况选定井径为φ300mm。根据项目区含水层情况，含水层厚30m左右，机电井设计深度40～60m。按照钻井地层记录，在含水层设置滤水井管，在非含水层设置普通井管，并在滤水管外围填充足够的砂石滤料，这样成井后出水量设计流量可达30～40m3/s。

依据《获嘉县水资源调查评价报告》和实地抽水实验，本次机井设计参数如下：单井出水流量为30m3/h；井径为300mm；井深为48～80m。

经计算单井控制面积为4hm2，计算井距217m，根据实际布置，最小井距在200m左右，局部存在一定的干扰。根据现有机井设计资料，参考各区域富水程度拟定井深分别为48m（静水位6m，动水位15m）。机井井管内径300mm，成孔直径600mm，井管采用C30钢筋混凝土管，壁厚3cm；上部为钢筋混凝土封闭实管，中部24m为钢筋混凝土多孔滤水管，其开孔率≥15%，井底部放4m实管作为沉淀管。井管外围包裹滤网并回填滤料；滤料顶部至顶口段采用粘土泥球封闭5m，并设C20混凝土井台。

5 电力配套工程设计

获嘉县2013年度小型农田水利重点县结余资金项目区内经过电网改造及电力设施完善建设，已基本满足用电要求，为保证生产用电安全，低压输电线选择防鼠蚁农用直埋铝芯聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆线NLYV-Y3×16mm2，埋深在地面以下0.80m。为方便开挖，设计开挖沟槽深0.80m，沟槽宽0.50m，垂直开挖。根据工程布置，采用一井一线、一沟多线型式布设，共需埋设低压电缆37.71km。