关于灌区改造设计的探析

周先祥

摘 要：随着社会经济的不断发展，工业化、城市化、以及农业产业化建设进程不断加快，各业生产生活对水的需求量不断增加，农田水利灌区改造问题引到鹤山市政府高度重视。本文结合自身参与当地灌区改造设计工作实际，重点从灌区渠道断面设计，衬砌结构设计，渡槽断面设计、水陂洪水计算、工程建后管护等方面进行分析，并探讨相应的对策。

关键词：灌区；改造设计

引 言

社会经济的快速发展，农业种植结构调整及小城镇建设等因素的变化，不少灌区的渠线布置方式已不再满足要求，布置不尽合理，渠系建筑物年久失修，老化、变形、裂缝、崩塌等现象普遍，导致水资源浪费严重，致使灌区内农业生产受到较大限制，制约农业生产的可持续性发展，严重影响灌区的效益发挥和水资源的有效利用。因此，应对明显不合理的渠线进行调整合并，按照“层次明确、长度较短、经济合理、便于管理”的原则进行改线、改建，理清灌排体系。

1. 灌区工程存在问题

1.1.设计标准偏低，水资源浪费很严重

由于鹤山市大多数灌区修建于20世纪60年代，渠道衬砌大部分采用干砌卵石灌浆，灌溉标准达不到设计标准，渠系水利用系数低；水陂陂身渗漏，渡槽渗漏造成水资源浪费较为严重，已不能适应农业现代化的要求。目前，灌区内水利基础设施不完善是制约农民增收的主要原因，因此，灌区改造设计，以提高灌溉水的利用率，提高渠道过水能力，提高用水保证率，充分发挥灌区的作用。

1.2.运行时间较久，老化冲刷现象严重

由于渠道纵坡较大，水流流速较快，且水中含沙量较大，工程经过多年运行后，受水中泥沙冲刷磨损，渠道衬砌沉陷、冲沟，脱落现象较为普遍，尤其是渠底部位破损严重，水陂陂身渗漏、渡槽渗漏，已严重影响到灌区安全运行及正常供水。

2.灌区建筑物设计要点

2.1.灌区渠道断面计算

鉴于山区小型灌区渠道规模比较小，数量多且分散，渠道断面应根据灌溉面积，沿线地形、地质条件以及边坡稳定的需要和是否衬砌等因素，按接近水力最佳断面进行设计。土渠宜采用梯形断面；混凝土、砖砌渠道宜采用矩形或U形断面。

⑴、灌溉渠道一般都是正坡明渠，渠道纵横断面可以按照明渠均匀流公式设计。明渠均匀流公式如下： ，其中Q为渠道设计流量，A为渠道过水断面面积，R为水力半径，i为渠道比降。渠道设计时应首先确定渠道的比降、糙率、边坡系数等。在渠道比降和渠道糙率一定的条件下，通过设计流量所需要的最小过水断面称为水力最优断面，采用水力最优断面的宽深比可使渠道工程量最小。

⑵、小型灌区渠道一般采用“三面光”防渗衬砌。在渠道底宽和水深通过试算确定后，要计算确定渠顶岸顶超高。4、5级渠道的岸顶超高可按公式Fb=1/4hb+0.2计算，其中Fb为岸顶超高，hb为渠道通过加大流量时的水深。1～3级渠道岸顶超高应按土石坝设计要求经论证确定。渠道衬砌超高值可采用0.3～0.8m，5级渠道可适当减小，但不应小于0.1m；必须兼做行洪用的傍山灌溉渠道，其衬砌超高宜适当加大。

2.2.渠道衬砌结构计算

渠道防渗衬砌包括土料防渗、砌石防渗、混凝土防渗等类型。要调查分析清楚渠道损坏原因，并进行计算确定相应的防渗形式改造。渠道冲刷破坏的，要调整渠道纵坡、修建陡坡、跌水等，避免渠系再遭破坏。

⑴、对于渠道陡坡的护砌厚度应满足滑动安全，设置伸缩缝沉降缝以后，坡面砌护类似大面积薄板，故对基础应力以及倾复稳定一般可不需计算，其控制条件是滑动稳定，抗滑力则包括砌体自重垂直坡面的分力和水流静压力、护面上的上举力和渗透压力，其抗滑安全系数应不小于1.3～1.5即为安全。

⑵、砌砖衬砌渠道。砌砖渠道具有施工方便，后期维护方便的特点，一般适用于地基承载力较小且断面较小，高度不大的渠道。砌砖渠道采用的断面形式主要为矩形，砌砖厚度一般采用12cm、18cm和24cm，并在迎水侧用MU7.5～MU10号水泥砂浆批荡，批荡厚度一般为2cm左右。各种厚度的砌砖渠道允许高度应按计算采用，计算不满足抗剪或抗滑稳定时，也可采用每隔一段距离加设砼立柱和横撑砼梁的方法。由于砌砖渠道适应变形能力差，需先浇筑6～10cm的砼底板，底板尺寸比两侧砖墙稍宽，砼底板视渠道底宽和地质情况调整厚度并适当配钢筋。

（3）、预制混凝土衬砌渠道。混凝土预制板厚度一般取6～8cm，单块尺寸的大小，可根据施工方便来考虑确定，一般为1m×1m。

2.3.渡槽断面设计计算

（1）渡槽断面形式

灌区渡槽在横断面上，以矩形和U型渡槽应用最为广泛。如鹤山市址山镇小型农田水利项目中原混凝土渡槽多数漏水严重，破旧不堪，设计拆除重建渡槽，渡槽设计过水断面尺寸分别为渡槽1：400×700mm和渡槽2：500×700mm。渡槽跨度均为7m，渡槽槽身都采用C25钢筋砼浇。

（2）过流能力复核

按照《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）规定：“矩型断面渡槽槽身顶部超高可取槽内水深1/12+5cm”。过流能力采用明槽恒定均匀流公式计算，计算过程如下：

式中：Q——渡槽流量，m3/s， Q=0.32m3/s；n——糙率，n=0.013；

A——过流面积；R——水力半径；i——纵坡，渡槽1和渡槽2均为0.004。

经计算，渡槽1：Q=0.09m3/s，渡槽1水深为0.21m。渡槽2：Q=0.24m3/s，渡槽2水深为0.30m。渡槽高度为0.7m满足要求，故重建渡槽断面400×700mm和500×700mm的方案是可行的。

2.4水陂设计洪水计算

如鹤山市宅梧镇小型农田水利重点县灌区各水陂集雨面积均小于10km?，采用廣东省洪峰流量经验公式计算进行洪水计算。设计防洪标准为20年一遇。广东省洪峰流量经验公式：Qp=C2H24pF0.84。

式中：Qp—设计频率为P的洪峰流量（m?/s），P取5%；

C2—与设计频率P有关的参数，P=5%时C2=0.046；

H24p—频率为P的24小时设计暴雨量，本工程24小时点雨量查广东省水文图集得H24和Cv24，然后，查皮尔逊Ⅲ曲线得P=5%时，Kp；则H24p=Kp×H24?；

F—汇水面积（km2）。

从而可以计算得到各水陂设计洪水。

3.灌区工程建后管护

3.1.管理体制

工程管理实行严格的岗位责任制，工程配备专职管理人员进行管理。对于受益范围具体而明确的灌区工程设施，按照“谁投资、谁受益、谁所有、谁管护”的原则，直接明晰工程设施的所有权和管护权。对主要建筑物应以“经常保养、随时维修、养重于修、修重于抢”为原则，进行维护和检修，以保护工程完好，确保工程安全运行。

3.2.运行机制

项目建成后，市有关主管部门将要求当地人民政府加强负责灌区的管理运行、维护检修等工作，增加管理人员、落实管理经费。市水利部门负责检查指导，确保项目建成后正常运行，充分发挥工程效益和节约水资源。

管理机构的任务是进行日常管理与维护，确保工程安全、对水量进行合理调配，负责征收、管理及使用水费，使灌区的良性运行。

4.结 语

水利是农业的命脉，灌区改造设计为灌区提供强有力的水源保证，加强灌区高产农田建设，加快农业现代化步伐、促进粮食生产和农民增收、保护好农民的根本利益，是维护农村基层社区安定的关键措施，同时能带动全市节水灌溉工程事业的大发展，是一项民生工程，德政工程，具有极其深远的意义。

参考文献：

[1] 冯广志，灌区节水改造规划 [M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[2] 郭元裕，农田水利学（第三版），武汉水利电力大学，1997.10.

[3] 中华人民共和国国家标准：灌溉与排水工程设计规范（GB50288-99）[M].北京：中国计划出版社，1999.