农业工程论文发表期刊推荐《农业工程》杂志是经新闻出版总署批准，由中国农业机械化科学研究院主管、北京卓众出版有限公司主办的农业工程类综合性学术期刊。创刊于2011年，2012年改为月刊，国内统一连续出版物号cn 11-6025/S，国际标准连续出版物号ISSN 2095-1795。
提要：渠道纵横断面设计的优劣，对渠道使用效益取着相当关键作用，特别是我县水土流失现象突出，渠道淤积严重，如何选择最佳经济实用水力断面且计算简单就是一个问题，本文通过对和爱渠前段三面光防渗工程纵横断面设计的探讨，为我县其它灌渠三面光防渗处理提供一定参考意见。
关键词：和爱渠,防渗设计,探讨
1、和爱渠基本情况
和爱渠位于华坪县城西南面，渠首地处新庄乡羊桥自然村内，距县城约30公里。该渠于1954年12月动工修建，于1955年4月完工并投入运行，该渠全长41.4公里，主要灌溉新庄、和爱、荣将、天星、河西五个行政村，设计流量1.OOm3/s，灌溉面积2985亩，设计比降1/1000，横断尺寸(0+000-5+000)b=1.6米、h=1.1米，边坡系数M=O.25。
和爱渠自建成使用以来，为我县新庄乡、荣将镇、中心镇的农业生产、工矿企业以及人畜用水起到相当关键作用，但目前渠道前段仍然为土渠，渠道沿线水土流失现象相当突出，渗漏、跨塌事件时有发生，渠首取水大坝坝体后缘被洪水拉空，进水闸门老化失修，供水能力逐年降低，现在灌溉保证率已低于75％。为充分解决这一状况，特别是渠道的淤积现象，必需对和爱渠前段进行三面光防渗处理，充分挖掘现有水利工程潜力，对取水大坝、渠道、渠系建筑物续修、配套，使和爱渠的灌溉保证率达到85％，这才是解决区域内缺水问题的根本途径。
2、供需水量平衡分析
和爱渠取水水源是新庄河，取水口处最枯流量1.6m3/s(实测)，坝口以上集水面积265.6平方公里，根据坝口以上流域位置高程，借助水文手册等综合参考，推算出和爱渠坝口以上多年平均降雨量，采用华坪气象站多年平均降雨量及水文手册分析产汇情况得出和爱渠坝口以上多年平均径流量1.84亿立方米。
2.1灌区需水量：和爱渠需水量主要由以下四个方面组成
2.1.1农业灌溉
和爱渠灌溉现全长39.6公里，实际灌溉面积3036亩，灌区内多年平均灌水定额：水稻(含育秧)850m3/亩，小麦170m3／亩，蔬菜800m3/亩，经济林木20Om3/亩，西瓜500m3/亩。灌区11年度各种农作物种植面积：水稻1030亩，小麦850亩，西瓜345亩，蔬菜100亩，经济林木50亩。则年度灌区农作物需水量M1。M1=1030×850+850×170+345×500+100×800+50×200=128.25万m3。
2.1.2人畜用水
根据灌区用水习惯，人畜用水定额大约为每人50m3/年，大牲畜12m3/头，小牲畜8m3/头，根据水管所管理人员收取水费统计得每年人畜用水约45万m3左右。
2.1.3渔业
渔业用水主要由渗漏损失、蒸发损失、循环用水三个方面组成，年平均用水105.3万m3。
2.1.4工、矿企业用水
灌区内各种企业较多，用水情况较难搞清，只能以水政股每年收取的水资源费和灌区水管所收取水费情况加以统计得出企业每年需水量14.653m3。
根据以上四项之和，和爱渠年平均需水293.2万m3。
2.2灌道供水量
通过以上几项需水量的分析，和爱渠每年需供水不得小于293.2万m3。如将和爱渠前段进行三面光防渗处理后，则输水损失就会减少到8％，渠道年能供水310天左右(渠道在暴雨季节和渠道除淤检修平均每年需停水约55天左右)。
如果将渠道引用流量Q选定为1.2m3/s时，则渠道年供水：1.2×310×24×3600×(1-0.08)=295.7万m3
基本满足正常年份需水要求。
如果将渠道引用流量Q选定为1.4m3／s时，则渠道年供水：1.4×310×24×3600×(1—0.08)=345万m3
则渠道供水可以满足不同年份灌区的需水要求，但这会影响到新庄河下游另一条渠道——民主渠取水不足，造成民主渠供水能力达不到设计要求，综上所述，和爱渠最合理的引用流量Q定为1.2m3/s。
3、渠道纵横断面设计
3.1渠道纵断面设计
渠道纵断设计主要是对渠底坡i值的选定，对和爱渠三面光防渗工程解选的i值是从以下二个方面综合考虑而确定。第一，此次防渗工程是在原老渠道基础上进行工程处理的，所以i值总体上应同原渠道持平，部份地段作相应调整，这样对渠道断面形状稳定，土石开挖方量减少，保证渠道灌溉效益都是最适宜的。第二，影响和爱渠使用最大障碍就是渠道淤积，和爱渠淤积主要来源于两方面：一是渠道沿线水土流失造成泥沙流入渠道，这部份泥沙可以采取增设标砂涧，排砂沟解决；二是从河道中顺水流带入渠道的泥沙，而影响最大的就是河水中流入渠道这部份泥沙，以往和爱渠主要是采取限制引水的方法来控制泥沙，也就是为避免渠道发生淤积，规定当新庄河涨水时河水变浑后，浑水中泥砂含量超过15％(重量百分比)时，便放下闸门停止引水。由于和爱渠取水口以上新庄河流域内森林覆盖率低，山坡陡峭，每年下雨时就造成大量泥沙汇入新庄河。根据调查统计，新庄河多年平均侵蚀模量约312吨／平方公里，多年平均输沙量多达31.6万吨，造成新庄河长达4个多月河水中的含沙量基本上都超过15％(重量百分比)。随着灌区工农业生产发展，需水量日益增加，致使供需矛盾日益突出，为此和爱渠被迫取消限水规定，特别是近十多年来，当水中含沙量超过25％(重量百分比)时渠道也没有停闸关水，造成渠道淤积严重，妨碍渠道正常供水。通过对和爱渠淤积情况调查，发现渠道中淤积量要由两部分组成，碎石、中粗砂主要沉积在渠道前1公里以内，特别是渠道平缓，流速低的地段淤积最多。而细砂、淤泥大部份沉积在渠道后半部分，特别是在渠道转弯、横断面宽的地段挂淤更突出。
综合渠道淤积调查，工程地质状况，老渠道坡比等，对和爱渠三面光防渗工程0+000-5+000段底坡i值定为：0+000-0+500段i=1/700，流量加大到Q=1.4m3/s，目的是加大流量、流速，使从河道中流入渠道的碎石、粗砂能顺渠而下，不使沉积在渠道内，然后在0+500米处通过工程措施后使碎石、粗砂重新流入到新庄河内。对0+500-5+000段i值定为1/1200，Q=1.2m3/s。同时加强前5公里内渠系建筑改造增设，尽量减少从渠道沿线流到渠道内的泥沙，使渠道淤积量控制在最小范围。
3.2渠道横断面设计
渠道横断设计为保证经济合理，满足综合利用对渠道结构要求，必需同时满足要求：(1)渠道横断面形状保持稳定；(2)渠道的淤积量和冲刷量在一定时期内保持平衡。在满足上述条件情况，一般采用三种方法对渠道横断面进行计算(先计算0+500-5+000)。
3.2．1基本公式法：
基本数据：Q=1.2m3/s，i=1/1200，n=0.022，m=0.2，求底宽b1和水深h1。
将基本数据带入流量公式Q=AC(RI)1/2，因一个公式中有两个变量，需假定一个变量后，再计算另一个变量。由于此方法计算量大，计算结果多，选择面广而无法求得最佳断面，所以一般不用此方法。
3.2.2梯形渠道最佳水力断面法
基本数据：Q=1.2m3/s，i=1/1200，n=0.022，
m=0.2，求b0和h0（公式选用《水工设计手册第八本》）。
梯形渠道最佳水力断面宽深比为β：V=1/n×R2/3=0.78M/S
根据《水力学》252页中查得
不冲流速V1＜3.5M/S
不淤流速V11＞0.5M/S
V11＜V＜V1满足不冲不淤条件
3.2.3经验公式法
基本数据：Q=1.2m3/s，i=1/1200，n=0.022，m=0.2，求b0、h0
经验公式：h0=αＱ1/3
式中α——常数α=0.56～0.94，一般采用0.76
h0=0.76×1.21/3=0.81米
底宽与水深之比β
当Q<1.5m3/s时，β=NQl/10-M
式中N是常数，N=1.8～3.4一般采用2.6
则β=2.6×1.21/10-0.2=2.45
因为β=b0/h0所以b0=βh0=2.45x0.81=1.98米
将b0=1.98米，h0=0.81米，i=1/1200，n=0.022，m=0.2代入公式Q=AC(Ri)1/2，求得Q=1.39m3/s，这同基本数据Q=1.2m3/s不相符。
因此假定h0=0.81米是合理的，将h0、Q、i、m、n、代入公式Q=AC(Ri)1/2，用查图法求得b0=1.76米，用经验公式法求得横断面：h0=0.81米，b0=1.76米。
4、断面结果探讨
通过以上计算，得出两种计算结果，一种用经验公式计算得到的b0=1.76米，h0=0.81米。因采用经验公式法计算简单，方便而被广泛采用，特别是我县近几年水土流失严重，河道里河水含沙量较多，正好是经验公式适用范围内。但由于经验公式中α值取值范围大，α在0.59～0.94之间变化，得出结果h0变化比较大，特别是我县灌溉引水流量较小，最大引用流量的灌沟民主渠也仅有2m3／s，且公式中α值一般规定为0.76，这样用经验公式h0=αQ1/3算出的结果偏小，得到渠道断面类型一般为宽浅断面这同我县渠道运行的实际情况不相符，冲淤平衡稳定渠道断面为窄深断面。这一点可以通过我县17条流量在0.3m3/s以上渠道调查就发现“当高含沙水流通过渠道时，渠道主横冲刷，两岸挂淤，使断面逐渐由宽浅断面变成窄深断面”。这种现象因我县灌渠基本上为土渠而突出，最明显例子就是和爱渠、民主渠两条渠道，两渠都从新庄河取水，取水口相距仅5公里，所以河水中含沙量基本相同，两渠到95年时都使用了近40年，但两渠运行情况却大不一样，和爱渠新建长度41.4公里，95年时能通水39.6公里；而民主渠原设计长度74公里，到95年时却只能通水25公里。虽然渠道通水长度由多方面造成，渠道中淤积主要由四个方面组成：一是取水源河水中含沙量；二是渠道沿线水土流失量；三是当地群众除淤量；四是渠道本身的排淤能力等，而渠道自身的排淤能力与渠道断面大有关系，民主渠的β(宽深比)值远大于和爱渠β值，也就是说和爱渠横断面是按窄深断面设计的，而宽浅类渠道排淤能力小于窄深类，因此对和爱渠横断面尺寸应采用梯形渠道最佳断面方法来计算。
和爱渠三面光防渗工程前段设计的断面尺寸应为：
4.10+000-5+000
基本数据：Q=1.43/s，i=1.700，n=0.022，m=0.2
求b0、h0
梯形渠道水力最佳断面宽深比β条件为：
β=b0/h0=2(1+m2)1/2-m=1.64
b0=1.64h0
A=(b0+mh0)=1.82h02
X=b0+2h0（1+m2)1/2=3.68h0
R=A/X=0.495h0
c=R1/6=40.422h01/6
Q=AC√Ri(1)
将Q=1.4m3/si=1/700代入(1)
得到h0=0.88米则b0=1.51米
4.2由前面计算得到的结果h0=0.92米，b0=1.44米为保证渠道整体外形美观和施工方便，所以对和爱渠0+000-5+000选定为h0=0.90米，b0=0米。
