刘 磊，肖津璇

（1.山东省德州市陵城区财政局,山东 德州 253500；2.山东省德州市陵城区水利局,山东 德州 253500）

赵庄灌区位于陵城区西北部,涉及前孙镇、徽王庄镇2个乡镇,设计灌溉面积10 万亩,灌区的主要水源除地下水源外,主要为黄河水,主要有朱家河、马颊河故道等2 条主干沟渠。由于历史原因,灌区建设标准低,工程配套程度差,工程老化,完好率仅为37%,农田灌溉技术与节水意识还比较粗放,灌区有限的水资源不能得到合理利用,浪费水的现象较为严重。

灌区渠系建筑物大部分建于二十世纪六七十年代,受当时经济条件制约,建设标准低、多年运行老化损坏严重,涵闸不能满足灌溉排涝需求,沟渠配套生产桥威胁群众生命财产安全。基于上述原因,本文针对赵庄灌区渠道进行改造设计。

1 工程概况

赵庄灌区位于陵城区城区北部,涉及前孙镇、徽王庄镇2个乡镇。赵庄灌区所在地的陵城区位于山东省西北部,隶属于德州市,位于德州市腹部。南依平原县,西与德城区接壤,北接宁津县,东邻临邑县和乐陵市。省道315 线、249 线、353 线国道104 线贯穿全境,交通便利。灌区位于马北缓平坡地区和马西河漫滩高地区,地面高程18 m~24 m。

1.1 气候

灌区所在地山东省德州市陵县属暖温带半干旱大陆性季风气候区,具有温度适宜,热量丰富,光照充足,四季分明的特点。多年平均降水量583.3 mm,最大年（1964年）为1089.1 mm,最小年（1986年）为220.3 mm,多年平均蒸发量为1663.4 mm,蒸发量是降水量的3倍,且降水量年际年内分配不均,呈现连续丰、枯或丰枯交替的特点。多年平均径流深43.41 mm,径流量为5270 mm。多年平均气象因素值：日照2679.9 h,相对湿度67.2%,气温最高42℃,最低-21.8℃,平均12.5℃,无霜期202 d,最大冻土深度49 cm,平均冻土深度26.6 cm,年平均风速2.7 m/s。光热充足,天然降水不足,且年际变化大,时空分布不均是本流域的气候特点。

1.2 降水

灌区属暖温带半湿润大陆性季风气候区,四季分明,干湿季明显。春季干旱少雨而多风,气候干燥,多春旱：夏季炎热多雨湿度大,雨量集中,时有夏涝出现；秋季凉爽,雨量明显减少,常出现秋旱：冬季寒冷干燥,雨雪稀少。灌区多年平均降雨量560.1 mm,其中降雨量的最大值在1964 年,为1083.6 mm,是丰水年；最小值在1986 年,为222.3 mm,是特枯年。最大和最小的变幅为861.3 mm,占多年平均降水量的154.5%。降水量年际变化较大。年内春灌期（3月~5月）多年平均降雨量67.0 mm,占全年的11.9%；汛期（6 月~9 月）多年平均降水量436.3 mm,占全年的77.2%；秋冬季降水量62.5 mm,占全年的11.0%。

2 渠道改造方案设计

2.1 相关参数

依据上述设计的灌区工作制度和灌水模数（0.417 m3/（s·万亩））进行计算。

赵庄灌区设计灌溉面积10 万亩,根据灌区多年的运行制度,灌区内采用干沟、支沟、斗沟续灌的工作制度。

（1）渠道控制灌溉面积

本次设计以安善仁沟控制范围做典型设计,灌区范围内安善仁沟下设3条支沟（安善仁支沟、郭和睦沟、张架庄沟）,安善仁沟灌区范围内控制灌溉面积0.85 万亩,各级渠道的控制面积见表1。

表1 典型片沟渠级别统计表

（2）斗沟以下灌溉水利用系数

据《山东省小型农田水利工程建设技术手册》规定田间实行高效节水灌溉工程后“旱作灌区田间水利用系数不宜低于0.90；采用管道输水,渠系水利用系数不应低于0.95”。因此,灌区内斗沟以下的田间水利用系数取0.92,渠系水利用系数取0.96,可以得到典型区内斗沟以下的灌溉水利用系数为0.88。

（3）渠道流量推算

自上而下分配田间净流量,然后根据所选择的配水方式、各条沟道的灌溉面积、田间水利用系数等参数,自下而上逐段计入损失,推算各级渠道的设计流量［1］。

斗沟控制范围内的田间净流量：

斗沟净流量：

式中：q为设计灌水模数,本灌区取q=0.417 m3/s/万亩；Q田净为斗沟以下田间净流量,m3/s；Q斗净为斗沟田间净流量,m3/s；A斗为斗沟控制面积,万亩；η斗以下为斗沟以下灌溉水利用系数。

根据上述公式求得典型区内各斗沟的田间净流量。

典型区内斗沟均为土质沟渠,土渠每千米输水损失系数为：

式中：σ为渠道每千米输水损失系数；为考虑地下水顶托壅阻影响后的修正系数；A为渠床土壤透水系数；m为渠床土壤透水指数。

灌区土壤多为壤土,根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）查得相应的土壤透水性参数为：A=2.65,m=0.45；不考虑地下水的顶托壅阻影响,故修正系数取为1。

斗沟的毛流量或设计流量为：

典型片斗沟水利用系数：

按照上述方法计算支沟、斗沟的净流量、设计流量和渠系水利用系数,计算结果见表2。

表2 固定CS/CV=3.5与变CS/CV（准则适线）频率计算结果误差统计

表2 各级沟渠流量计算结果表

2.2 渠道纵、横断面设计

纸房中型灌区输水沟渠为灌排两用渠道,由于排涝流量大于灌溉设计流量,渠道纵横断面按排涝流量设计。灌区排涝标准为设计暴雨重现期10 年,1 日暴雨2 日排尽。

据灌区观测资料,各沟渠的排涝流量见表3。

表3 排涝流量统计表

（1）横断面设计

①断面形式

白康等（2013）[5]研究发现，林麝正常期粪中睾酮含量较低，泌香初期含量开始急剧升高，至泌香盛期达最高峰，且明显高于正常期，泌香后期急剧下降，且雌二醇的变化规律与睾酮相似，而孕酮含量在整个泌香期呈无规律性变化。张争明等[6]对林麝泌香期血清性激素的研究发现，泌香初期血清雌二醇、睾酮和孕酮含量较低，泌香盛期均达到最高峰，泌香后期又都迅速降至与泌香前期接近的含量水平。由此可见，睾酮和雌二醇与麝的泌香反应密切相关。

灌区现状沟渠的断面均为梯形,经分析比较后本次灌区节水配套改造的沟道形式仍采用梯形断面。根据渠床的土壤性质及淤积情况,并考虑尽量减少挖筑土方工程量,沟渠疏浚后仍然采用沟渠原边坡系数。根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）,土渠的渠床糙率采用0.025。

②渠堤超高

渠堤超高：

式中：Δh为超高,m；hj为渠道通过加大流量时的水深,m。

根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB 50288-2018）规定,续灌渠道设计流量1 m3/s~5 m3/s、5 m3/s~20 m3/s 、20 m3/s~50 m3/s时,渠道加大流量的加大百分数分别为35%~25%、25%~20%、20%~15%。根据渠道等级求得相应加大流量从而计算渠道加大水深。

渠道堤顶高程按下式计算：堤顶高程=加大水位+堤顶超高

③基本公式

根据明渠均匀流公式计算：

式中：V为渠道平均流速,m/s；C为谢才系数；R为水力半径,m；i为渠底比降。

谢才系数采用曼宁公式：

式中：n为渠床糙率。

式中：Q为渠道设计流量,m3/s；A为渠道过水断面面积,m2。

对于梯形断面：

式中：b为渠道底宽,m；h为渠道水深,m；P为渠道湿周,m；m为边坡系数。

④渠道的不冲不淤流速

根据陵城区水利局提供给的资料,灌区内渠道水的不冲不淤流速在0.5 m/s~0.7 m/s之间。

（2）纵断面设计

根据地形、地质条件,渠道承泄区水位和沿程排涝水位、水中的泥沙含量以及渠道的设计流量,同时结合原有的工程状况,尽量不进行大挖方、大填方,对现有的渠道比降不做调整。

沟道水位依自下而上和自上而下推算,遇到渠系建筑物和量测水设施时,则根据具体情况考虑水头损失,上级渠道水位应高于下级渠道水位。

渠道水位推算采用如下公式：

式中：H为渠道进水口处的设计水位,m；A0为渠道灌溉范围内控制点的地面高程,m；h0为控制点地面与附近末级固定渠道设计水位的高差；L为渠道长度,m；i为渠道的比降；为水流通过渠系建筑物时的水头损失,m。

取值参考表4。

表4 渠道建筑物水头损失最小数值表 单位：m

2.3 渠道设计成果

根据灌溉、排涝过流复核,现状渠道断面均能满足要求,故不对现状渠道仅进行疏浚,恢复至原设计断面,不再进行扩挖,渠道（排水沟）设计成果见表5。

表5 渠道设计成果表

3 结论

本工程实施后,改善灌溉面积4.00万亩,年节水量241.03 万m3。按灌区每亩农田每年灌溉可减少1个工日计算,本年度工程效益影响范围内每年省工效益约为86.4万元（每个工日按72 元计）。

节水配套改造工程项目实施后,效益非常明显,具有良好的经济、社会和生态效益,并对周边地区农业生产的发展起到一定的带头作用。通过灌区配套改造,可以大大提高灌区的工农业发展潜力。