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小型农田水利工程之灌渠的设计问题探讨

2018-11-10杨海星

世界家苑 2018年10期
关键词:高程断面边坡

杨海星

摘 要:小型农田水利建设是农业发展的最基础的条件,是实施农业可持续发展的关键,健全的农田水利建设体系和完善的管理措施,将很大程度上缓解自然灾害给人民群众生活带来的不便,减少农业生产的损失。本文阐述了灌渠的断面设计,通过人和东灌渠断面水力计算的实例,更好地了解灌渠设计的步骤。

关键词:水利工程;灌渠设计

农田水利建设是农业水利体系的重要内容,也是农业水利体系各级水利网络中最直接惠泽百姓,并和老百姓生活、農村的经济发展息息相关,农业水利工程对存蓄降雨、调剂用水、保障和促进农业生产有着至关重要的作用。下面就小型农田水利工程的灌渠设计进行讲解。

设计渠道,首先要确定渠道引水流量,然后进行渠道的断面设计,包括横断面设计和纵断面设计。接着画断面图,计算工程量,打概算,最后就是写初设报告。

1 渠道引水流量的确定

渠道引水流量是灌区农田灌溉净流量和渠道损失流量的总和。它与河源水量大小、灌区内部的水源条件、灌区作物种类、种植面积、农田土质、灌水定额、灌区气候、渠道长短等因素有关。渠道引水量的计算:应根据作物的灌溉制度及所控制的灌溉面积,按照同一时期不同作物同时用水量最多的情况计算,其计算公式如下:

Q=

渠系有效利用系数,是考虑渠道的渗漏和蒸发损失等因数的一个系数,一般干渠可采用 0.5~0.7;支渠采用 0.6~0.8;渠道衬砌时可提高到 0.8~0.9。

2 渠道设计

2.1 渠道水位高程的确定

渠道的水位高程,是根据灌区内地面参考点的高程和各级渠道的沿渠水头损失确定的。沿渠水头损失包括渠道比降损失和通过渠道建筑物的水头损失。

2.2 渠道横断面设计

①渠道比降及渠道流速。渠道比降取决于渠道土质、水流泥沙含量和灌区地面的坡度。渠道比降大,则流速大,通过一定流量所需的断面小,节省土石方量,水头跌落快,渠系控制的灌溉面积减少,容易冲刷渠床;如渠道比降过缓,流速过小,又会使渠道淤积,渠道输水能力降低。因此渠道比降过大或过小都是不适宜的。为避免深挖高填,选择渠道比降时,最好能使渠道与渠线所经过的地面坡度大致相适应。当渠线经过的个别地段,地面坡度较陡,渠道比降不能适应时,可采用跌水、陡坡等联接建筑物调整渠道比降,使渠线的绝大部分能适应地形,减少挖填工程量。

②渠道边坡。渠道通过岩石地段时,断面可采用矩形,建在土基上的渠道多采用梯形断面。渠道的边坡一般用1∶m表示,1表示斜坡的垂直距离,m表示斜坡的水平距离叫边坡系数。m越大边坡越缓,m越小边坡越陡,渠道断面为矩形时m等于零。土渠边坡应根据土壤性质决定。土质坚硬边坡可陡(m小),土质松软边坡可缓(m大)。

③渠道超高。为保证行水安全,渠堤顶应高出渠道最高水位一个高度△H,叫做渠道的超高。它与渠道级别、流量有关。

④渠堤顶宽。渠堤顶宽应按照渠岸高度及流量大小而定,如堤顶不结合道路,堤顶宽可按下表选用。如渠堤与道路结合,道路一侧的堤顶宽,应按交通要求修筑。汽车路面宽度可采用5米;田间干道可采用1.5~2.0米。

3 人和东灌渠断面水力计算实例

3.1 计算净灌水率

根据原始资料,由于该灌渠处于 106 国道旁,周围的农作物又以种植蔬菜为主,人口、工业较多,故取该灌渠灌溉设计保证率为 90%。在此基础上计算灌溉灌水率(即灌溉流量系数)。参照《广州市白云区江河流域规划报告书》灌区规划部分计算成果,从中选取续灌时间T =10 天,最大灌水定额mmax=161.6mm。按照灌水率计算公式:

计算净灌水率亩

考虑该渠系斗、农、毛渠均为土渠,所以选取渠系有效利用系数 =0.65。

3.2 计算渠宽 b

根据原始资料,结合地形确定该灌渠的断面为矩形。灌溉面积为7500亩。流量系数为1.95(m3/s)万亩。查渠道糙率表查出浆砌石糙率n=0.025,混凝土糙率n=0.015,故该灌渠的糙率为。故计算出灌溉流量 Q=7500×1.95/10000=1.46m3/s。

用图解法求渠宽b:假设h=1米

K=Q/ =1.46/ = 119.21

H2.67/nk=12.67/(0.0183×119.21)=0.458

查《水力学》上册附录,查相应的 0.458及 m=0 时的 h/b=0.3。所以 b=1/0.3=3.333米;取 b'>b,b'=3.5米

3.3 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,此流速大于允许不淤流速0.3m/s,小于不冲流速2.2m/s,满足要求。

4 渠道纵断面设计

渠道纵断面设计,一般是与横断面设计同时进行。它包括:沿渠地面高程线、渠道正常水位线、渠道最低水位线、渠底高程线以及渠道堤顶高程线、分水口位置以及渠道建筑物设置等的内容。渠道的纵断面设计图,首先是根据渠道的平面布置图,按不同里程相应的地面高程,在纵断面图上绘出地面高程线。然后参照水源或上一级渠道水位高程、沿渠底面坡降、各分水点所要求的水位高程,根据一定的比降(指渠底比降,与水力计算中所采用的水力比降i相同),绘出正常水位线。有了正常水位线,便可根据渠道的正常,绘出渠底高程线,接着按最小水深、加大水深和渠道超高,平行于渠底线向上绘出最低水位线、加大水位线和堤顶高程线。在满足下一级渠道分水点所要求的水位高程前提下,在上一级渠道的地面坡度很陡或有突变之处,可以结合综合利用的需要,具体选择跌水和陡坡,并确定其高差及位置。上一级渠道向旁侧分出水量时,除应保证在正常流量下顺利向下级配水外,还必须保证在最小流量时,也能满足下级渠道引水的要求,这样往往就需要修建节制闸。渠水通过沿渠的节制闸及其他渠道建筑物(如渡槽、倒虹管、涵洞等)的水头损失,必须加以估算,并表达在纵断面图上。

5 结语

在灌渠的设计中,过水断面尺寸的确定,主要是合理选定渠道断面的边坡、渠底底宽b、渠中水深h和超高ΔH。这些关系到灌溉效益、工程造价等问题,所以一定要深入现场,充分了解原始资料,才能计算出精确的引水流量,进行合理的断面设计。

(作者单位:安徽省安庆市花凉亭灌区管理局)

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