摘 要:农田水利建设是农业水利体系的重要内容, 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。本文对广东河源某小型农田水利工程之灌渠的设计进行探讨。
关键词:农田水利;灌渠改造;设计
农田水利灌渠设计直接惠泽百姓,并和老百姓生活、农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。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:
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渠道改造设计
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
渠道引水量确定后,即可进行渠道断面设计。渠道断面采用的尺寸在流量一定时,它与流速、比降等因素有关。
(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。一般渠道采用的比降范围如下:干支渠:1/500～1/2500;斗渠:1/200～1/1500;引渠:按地形和流量确定。渠道流速应小于渠道的最大允许不冲流速和大于允许不淤流速,以保证渠床稳定。最小允许流速(即不淤流速),可根据渠道水流中泥沙的性质按下式计算:Vk=C 。V为最小不淤流速(米/秒);R为水力半径;C为根据渠道泥沙性质而决定的一个系数,可从下表中查出:
(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。
(5)渠道断面水力计算
通过渠道断面的流量可用明渠均匀流公式计算:
式中:
Q─通过渠道的流量(立方米/秒);
ω─过水断面面积(平方米)。
对梯形断面ω=bh+mh2=(b+mh)h;对矩形断面ω=bh。R为水力半径,R=ω∕x为湿周,即过水断面内水流与渠床接触线的长度。矩形断面x=b+2h;梯形断面x=b+hm'(m'为第二边坡系数)可查下表:
3 灌渠断面水力计算实例
某小型农田水利工程灌渠位广东河源，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《
河源市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:
=1.25(m3/s)/万亩计算净灌水率
q=q∕η=1.25/0.65=1.95(m3/s)/万亩
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。
3.1 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n= =0.0183。
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
3.2 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。
5结束语
总之，小型农田水利建设是农业发展的最基础的条件,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。
参考文献
[1] 李慧，小型农田水利工程之灌渠的设计问题探讨[J]科技促进发展(应用版)，2011.02
