農(nóng)業(yè)工程論文發(fā)表期刊推薦《農(nóng)業(yè)工程》雜志是經(jīng)新聞出版總署批準(zhǔn)，由中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院主管、北京卓眾出版有限公司主辦的農(nóng)業(yè)工程類綜合性學(xué)術(shù)期刊。創(chuàng)刊于2011年，2012年改為月刊，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號CN 11-6025/S，國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號ISSN 2095-1795。

　　提要：渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對渠道使用效益取著相當(dāng)關(guān)鍵作用，特別是我縣水土流失現(xiàn)象突出，渠道淤積嚴(yán)重，如何選擇最佳經(jīng)濟(jì)實(shí)用水力斷面且計(jì)算簡單就是一個(gè)問題，本文通過對和愛渠前段三面光防滲工程縱橫斷面設(shè)計(jì)的探討，為我縣其它灌渠三面光防滲處理提供一定參考意見。

　　關(guān)鍵詞：和愛渠,防滲設(shè)計(jì),探討

　　1、和愛渠基本情況

　　和愛渠位于華坪縣城西南面，渠首地處新莊鄉(xiāng)羊橋自然村內(nèi)，距縣城約30公里。該渠于1954年12月動工修建，于1955年4月完工并投入運(yùn)行，該渠全長41.4公里，主要灌溉新莊、和愛、榮將、天星、河西五個(gè)行政村，設(shè)計(jì)流量1.OOm3/s，灌溉面積2985畝，設(shè)計(jì)比降1/1000，橫斷尺寸(0+000-5+000)b=1.6米、h=1.1米，邊坡系數(shù)M=O.25。

　　和愛渠自建成使用以來，為我縣新莊鄉(xiāng)、榮將鎮(zhèn)、中心鎮(zhèn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工礦企業(yè)以及人畜用水起到相當(dāng)關(guān)鍵作用，但目前渠道前段仍然為土渠，渠道沿線水土流失現(xiàn)象相當(dāng)突出，滲漏、跨塌事件時(shí)有發(fā)生，渠首取水大壩壩體后緣被洪水拉空，進(jìn)水閘門老化失修，供水能力逐年降低，現(xiàn)在灌溉保證率已低于75％。為充分解決這一狀況，特別是渠道的淤積現(xiàn)象，必需對和愛渠前段進(jìn)行三面光防滲處理，充分挖掘現(xiàn)有水利工程潛力，對取水大壩、渠道、渠系建筑物續(xù)修、配套，使和愛渠的灌溉保證率達(dá)到85％，這才是解決區(qū)域內(nèi)缺水問題的根本途徑。

　　2、供需水量平衡分析

　　和愛渠取水水源是新莊河，取水口處最枯流量1.6m3/s(實(shí)測)，壩口以上集水面積265.6平方公里，根據(jù)壩口以上流域位置高程，借助水文手冊等綜合參考，推算出和愛渠壩口以上多年平均降雨量，采用華坪氣象站多年平均降雨量及水文手冊分析產(chǎn)匯情況得出和愛渠壩口以上多年平均徑流量1.84億立方米。

　　2.1灌區(qū)需水量：和愛渠需水量主要由以下四個(gè)方面組成

　　2.1.1農(nóng)業(yè)灌溉

　　和愛渠灌溉現(xiàn)全長39.6公里，實(shí)際灌溉面積3036畝，灌區(qū)內(nèi)多年平均灌水定額：水稻(含育秧)850m3/畝，小麥170m3／畝，蔬菜800m3/畝，經(jīng)濟(jì)林木20Om3/畝，西瓜500m3/畝。灌區(qū)11年度各種農(nóng)作物種植面積：水稻1030畝，小麥850畝，西瓜345畝，蔬菜100畝，經(jīng)濟(jì)林木50畝。則年度灌區(qū)農(nóng)作物需水量M1。M1=1030×850+850×170+345×500+100×800+50×200=128.25萬m3。

　　2.1.2人畜用水

　　根據(jù)灌區(qū)用水習(xí)慣，人畜用水定額大約為每人50m3/年，大牲畜12m3/頭，小牲畜8m3/頭，根據(jù)水管所管理人員收取水費(fèi)統(tǒng)計(jì)得每年人畜用水約45萬m3左右。

　　2.1.3漁業(yè)

　　漁業(yè)用水主要由滲漏損失、蒸發(fā)損失、循環(huán)用水三個(gè)方面組成，年平均用水105.3萬m3。

　　2.1.4工、礦企業(yè)用水

　　灌區(qū)內(nèi)各種企業(yè)較多，用水情況較難搞清，只能以水政股每年收取的水資源費(fèi)和灌區(qū)水管所收取水費(fèi)情況加以統(tǒng)計(jì)得出企業(yè)每年需水量14.653m3。

　　根據(jù)以上四項(xiàng)之和，和愛渠年平均需水293.2萬m3。

　　2.2灌道供水量

　　通過以上幾項(xiàng)需水量的分析，和愛渠每年需供水不得小于293.2萬m3。如將和愛渠前段進(jìn)行三面光防滲處理后，則輸水損失就會減少到8％，渠道年能供水310天左右(渠道在暴雨季節(jié)和渠道除淤檢修平均每年需停水約55天左右)。

　　如果將渠道引用流量Q選定為1.2m3/s時(shí)，則渠道年供水：1.2×310×24×3600×(1-0.08)=295.7萬m3

　　基本滿足正常年份需水要求。

　　如果將渠道引用流量Q選定為1.4m3／s時(shí)，則渠道年供水：1.4×310×24×3600×(1—0.08)=345萬m3

　　則渠道供水可以滿足不同年份灌區(qū)的需水要求，但這會影響到新莊河下游另一條渠道——民主渠取水不足，造成民主渠供水能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，綜上所述，和愛渠最合理的引用流量Q定為1.2m3/s。

　　3、渠道縱橫斷面設(shè)計(jì)

　　3.1渠道縱斷面設(shè)計(jì)

　　渠道縱斷設(shè)計(jì)主要是對渠底坡i值的選定，對和愛渠三面光防滲工程解選的i值是從以下二個(gè)方面綜合考慮而確定。第一，此次防滲工程是在原老渠道基礎(chǔ)上進(jìn)行工程處理的，所以i值總體上應(yīng)同原渠道持平，部份地段作相應(yīng)調(diào)整，這樣對渠道斷面形狀穩(wěn)定，土石開挖方量減少，保證渠道灌溉效益都是最適宜的。第二，影響和愛渠使用最大障礙就是渠道淤積，和愛渠淤積主要來源于兩方面：一是渠道沿線水土流失造成泥沙流入渠道，這部份泥沙可以采取增設(shè)標(biāo)砂澗，排砂溝解決；二是從河道中順?biāo)�流帶入渠道的泥沙，而影響最大的就是河水中流入渠道這部份泥沙，以往和愛渠主要是采取限制引水的方法來控制泥沙，也就是為避免渠道發(fā)生淤積，規(guī)定當(dāng)新莊河漲水時(shí)河水變渾后，渾水中泥砂含量超過15％(重量百分比)時(shí)，便放下閘門停止引水。由于和愛渠取水口以上新莊河流域內(nèi)森林覆蓋率低，山坡陡峭，每年下雨時(shí)就造成大量泥沙匯入新莊河。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，新莊河多年平均侵蝕模量約312噸／平方公里，多年平均輸沙量多達(dá)31.6萬噸，造成新莊河長達(dá)4個(gè)多月河水中的含沙量基本上都超過15％(重量百分比)。隨著灌區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，需水量日益增加，致使供需矛盾日益突出，為此和愛渠被迫取消限水規(guī)定，特別是近十多年來，當(dāng)水中含沙量超過25％(重量百分比)時(shí)渠道也沒有停閘關(guān)水，造成渠道淤積嚴(yán)重，妨礙渠道正常供水。通過對和愛渠淤積情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)渠道中淤積量要由兩部分組成，碎石、中粗砂主要沉積在渠道前1公里以內(nèi)，特別是渠道平緩，流速低的地段淤積最多。而細(xì)砂、淤泥大部份沉積在渠道后半部分，特別是在渠道轉(zhuǎn)彎、橫斷面寬的地段掛淤更突出。

　　綜合渠道淤積調(diào)查，工程地質(zhì)狀況，老渠道坡比等，對和愛渠三面光防滲工程0+000-5+000段底坡i值定為：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，使從河道中流入渠道的碎石、粗砂能順渠而下，不使沉積在渠道內(nèi)，然后在0+500米處通過工程措施后使碎石、粗砂重新流入到新莊河內(nèi)。對0+500-5+000段i值定為1/1200，Q=1.2m3/s。同時(shí)加強(qiáng)前5公里內(nèi)渠系建筑改造增設(shè)，盡量減少從渠道沿線流到渠道內(nèi)的泥沙，使渠道淤積量控制在最小范圍。

　　3.2渠道橫斷面設(shè)計(jì)

　　渠道橫斷設(shè)計(jì)為保證經(jīng)濟(jì)合理，滿足綜合利用對渠道結(jié)構(gòu)要求，必需同時(shí)滿足要求：(1)渠道橫斷面形狀保持穩(wěn)定；(2)渠道的淤積量和沖刷量在一定時(shí)期內(nèi)保持平衡。在滿足上述條件情況，一般采用三種方法對渠道橫斷面進(jìn)行計(jì)算(先計(jì)算0+500-5+000)。

　　3.2．1基本公式法：

　　基本數(shù)據(jù)：Q=1.2m3/s，i=1/1200，n=0.022，m=0.2，求底寬b1和水深h1。

　　將基本數(shù)據(jù)帶入流量公式Q=AC(RI)1/2，因一個(gè)公式中有兩個(gè)變量，需假定一個(gè)變量后，再計(jì)算另一個(gè)變量。由于此方法計(jì)算量大，計(jì)算結(jié)果多，選擇面廣而無法求得最佳斷面，所以一般不用此方法。

　　3.2.2梯形渠道最佳水力斷面法

　　基本數(shù)據(jù)：Q=1.2m3/s，i=1/1200，n=0.022，

　　m=0.2，求b0和h0（公式選用《水工設(shè)計(jì)手冊第八本》）。

　　梯形渠道最佳水力斷面寬深比為β：V=1/n×R2/3=0.78M/S

　　根據(jù)《水力學(xué)》252頁中查得

　　不沖流速V1＜3.5M/S

　　不淤流速V11＞0.5M/S

　　V11＜V＜V1滿足不沖不淤條件

　　3.2.3經(jīng)驗(yàn)公式法

　　基本數(shù)據(jù)：Q=1.2m3/s，i=1/1200，n=0.022，m=0.2，求b0、h0

　　經(jīng)驗(yàn)公式：h0=αＱ1/3

　　式中α——常數(shù)α=0.56～0.94，一般采用0.76

　　h0=0.76×1.21/3=0.81米

　　底寬與水深之比β

　　當(dāng)Q<1.5m3/s時(shí)，β=NQl/10-M

　　式中N是常數(shù)，N=1.8～3.4一般采用2.6

　　則β=2.6×1.21/10-0.2=2.45

　　因?yàn)?beta;=b0/h0所以b0=βh0=2.45x0.81=1.98米

　　將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，這同基本數(shù)據(jù)Q=1.2m3/s不相符。

　　因此假定h0=0.81米是合理的，將h0、Q、i、m、n、代入公式Q=AC(Ri)1/2，用查圖法求得b0=1.76米，用經(jīng)驗(yàn)公式法求得橫斷面：h0=0.81米，b0=1.76米。

　　4、斷面結(jié)果探討

　　通過以上計(jì)算，得出兩種計(jì)算結(jié)果，一種用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的b0=1.76米，h0=0.81米。因采用經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算簡單，方便而被廣泛采用，特別是我縣近幾年水土流失嚴(yán)重，河道里河水含沙量較多，正好是經(jīng)驗(yàn)公式適用范圍內(nèi)。但由于經(jīng)驗(yàn)公式中α值取值范圍大，α在0.59～0.94之間變化，得出結(jié)果h0變化比較大，特別是我縣灌溉引水流量較小，最大引用流量的灌溝民主渠也僅有2m3／s，且公式中α值一般規(guī)定為0.76，這樣用經(jīng)驗(yàn)公式h0=αQ1/3算出的結(jié)果偏小，得到渠道斷面類型一般為寬淺斷面這同我縣渠道運(yùn)行的實(shí)際情況不相符，沖淤平衡穩(wěn)定渠道斷面為窄深斷面。這一點(diǎn)可以通過我縣17條流量在0.3m3/s以上渠道調(diào)查就發(fā)現(xiàn)“當(dāng)高含沙水流通過渠道時(shí)，渠道主橫沖刷，兩岸掛淤，使斷面逐漸由寬淺斷面變成窄深斷面”。這種現(xiàn)象因我縣灌渠基本上為土渠而突出，最明顯例子就是和愛渠、民主渠兩條渠道，兩渠都從新莊河取水，取水口相距僅5公里，所以河水中含沙量基本相同，兩渠到95年時(shí)都使用了近40年，但兩渠運(yùn)行情況卻大不一樣，和愛渠新建長度41.4公里，95年時(shí)能通水39.6公里；而民主渠原設(shè)計(jì)長度74公里，到95年時(shí)卻只能通水25公里。雖然渠道通水長度由多方面造成，渠道中淤積主要由四個(gè)方面組成：一是取水源河水中含沙量；二是渠道沿線水土流失量；三是當(dāng)?shù)厝罕姵�淤量；四是渠道本身的排淤能力等，而渠道自身的排淤能力與渠道斷面大有關(guān)系，民主渠的β(寬深比)值遠(yuǎn)大于和愛渠β值，也就是說和愛渠橫斷面是按窄深斷面設(shè)計(jì)的，而寬淺類渠道排淤能力小于窄深類，因此對和愛渠橫斷面尺寸應(yīng)采用梯形渠道最佳斷面方法來計(jì)算。

　　和愛渠三面光防滲工程前段設(shè)計(jì)的斷面尺寸應(yīng)為：

　　4.10+000-5+000

　　基本數(shù)據(jù)：Q=1.43/s，i=1.700，n=0.022，m=0.2

　　求b0、h0

　　梯形渠道水力最佳斷面寬深比β條件為：

　　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)

　　將Q=1.4m3/si=1/700代入(1)

　　得到h0=0.88米則b0=1.51米

　　4.2由前面計(jì)算得到的結(jié)果h0=0.92米，b0=1.44米為保證渠道整體外形美觀和施工方便，所以對和愛渠0+000-5+000選定為h0=0.90米，b0=0米。