摘 要:農(nóng)田水利建設(shè)是農(nóng)業(yè)水利體系的重要內(nèi)容, 是實(shí)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵, 健全的農(nóng)田水利建設(shè)體系和完善的管理措施,將很大程度上緩解自然災(zāi)害給人民群眾生活帶來的不便,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的損失。本文對(duì)廣東河源某小型農(nóng)田水利工程之灌渠的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

　　關(guān)鍵詞:農(nóng)田水利;灌渠改造;設(shè)計(jì)

　　農(nóng)田水利灌渠設(shè)計(jì)直接惠澤百姓,并和老百姓生活、農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān),農(nóng)業(yè)水利工程對(duì)存蓄降雨、調(diào)劑用水、保障和促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用。設(shè)計(jì)渠道,首先要確定渠道引水流量,然后進(jìn)行渠道的斷面設(shè)計(jì),包括橫斷面設(shè)計(jì)和縱斷面設(shè)計(jì)。接著畫斷面圖,計(jì)算工程量,打概算,最后就是寫初設(shè)報(bào)告。

　　1渠道引水流量的確定

　　渠道引水流量是灌區(qū)農(nóng)田灌溉凈流量和渠道損失流量的總和。它與河源水量大小、灌區(qū)內(nèi)部的水源條件、灌區(qū)作物種類、種植面積、農(nóng)田土質(zhì)、灌水定額、灌區(qū)氣候、渠道長(zhǎng)短等因素有關(guān)。渠道引水量的計(jì)算:應(yīng)根據(jù)作物的灌溉制度及所控制的灌溉面積,按照同一時(shí)期不同作物同時(shí)用水量最多的情況計(jì)算,其計(jì)算公式如下:

　　渠系有效利用系數(shù),是考慮渠道的滲漏和蒸發(fā)損失等因數(shù)的一個(gè)系數(shù),一般干渠可采用0.5～0.7;支渠采用0.6～0.8;渠道襯砌時(shí)可提高到0.8～0.9。

　　2渠道改造設(shè)計(jì)

　　2.1渠道水位高程的確定

　　渠道的水位高程,是根據(jù)灌區(qū)內(nèi)地面參考點(diǎn)的高程和各級(jí)渠道的沿渠水頭損失確定的。沿渠水頭損失包括渠道比降損失和通過渠道建筑物的水頭損失。

　　2.2渠道橫斷面設(shè)計(jì)

　　渠道引水量確定后,即可進(jìn)行渠道斷面設(shè)計(jì)。渠道斷面采用的尺寸在流量一定時(shí),它與流速、比降等因素有關(guān)。

　　(1)渠道比降及渠道流速

　　渠道比降取決于渠道土質(zhì)、水流泥沙含量和灌區(qū)地面的坡度。渠道比降大,則流速大,通過一定流量所需的斷面小,節(jié)省土石方量,水頭跌落快,渠系控制的灌溉面積減少,容易沖刷渠床;如渠道比降過緩,流速過小,又會(huì)使渠道淤積,渠道輸水能力降低。因此渠道比降過大或過小都是不適宜的。為避免深挖高填,選擇渠道比降時(shí),最好能使渠道與渠線所經(jīng)過的地面坡度大致相適應(yīng)。當(dāng)渠線經(jīng)過的個(gè)別地段,地面坡度較陡,渠道比降不能適應(yīng)時(shí),可采用跌水、陡坡等聯(lián)接建筑物調(diào)整渠道比降,使渠線的絕大部分能適應(yīng)地形,減少挖填工程量。一般渠道采用的比降范圍如下:干支渠:1/500～1/2500;斗渠:1/200～1/1500;引渠:按地形和流量確定。渠道流速應(yīng)小于渠道的最大允許不沖流速和大于允許不淤流速,以保證渠床穩(wěn)定。最小允許流速(即不淤流速),可根據(jù)渠道水流中泥沙的性質(zhì)按下式計(jì)算:Vk=C 。V為最小不淤流速(米/秒);R為水力半徑;C為根據(jù)渠道泥沙性質(zhì)而決定的一個(gè)系數(shù),可從下表中查出:

　　(2)渠道邊坡

　　渠道通過巖石地段時(shí),斷面可采用矩形,建在土基上的渠道多采用梯形斷面。渠道的邊坡一般用1∶m表示,1表示斜坡的垂直距離,m表示斜坡的水平距離叫邊坡系數(shù)。m越大邊坡越緩,m越小邊坡越陡,渠道斷面為矩形時(shí)m等于零。土渠邊坡應(yīng)根據(jù)土壤性質(zhì)決定。土質(zhì)堅(jiān)硬邊坡可陡(m小),土質(zhì)松軟邊坡可緩(m大)。

　　(3)渠道超高

　　為保證行水安全,渠堤頂應(yīng)高出渠道最高水位一個(gè)高度△H,叫做渠道的超高。它與渠道級(jí)別、流量有關(guān)。

　　(4)渠堤頂寬

　　渠堤頂寬應(yīng)按照渠岸高度及流量大小而定,如堤頂不結(jié)合道路,堤頂寬可按下表選用。如渠堤與道路結(jié)合,道路一側(cè)的堤頂寬,應(yīng)按交通要求修筑。汽車路面寬度可采用5米;田間干道可采用1.5～2.0米。

　　(5)渠道斷面水力計(jì)算

　　通過渠道斷面的流量可用明渠均勻流公式計(jì)算:

　　式中:

　　Q─通過渠道的流量(立方米/秒);

　　ω─過水?dāng)嗝婷娣e(平方米)。

　　對(duì)梯形斷面ω=bh+mh2=(b+mh)h;對(duì)矩形斷面ω=bh。R為水力半徑,R=ω∕x為濕周,即過水?dāng)嗝鎯?nèi)水流與渠床接觸線的長(zhǎng)度。矩形斷面x=b+2h;梯形斷面x=b+hm'(m'為第二邊坡系數(shù))可查下表:

　　3 灌渠斷面水力計(jì)算實(shí)例

　　某小型農(nóng)田水利工程灌渠位廣東河源，周圍的農(nóng)作物又以種植蔬菜為主,人口、工業(yè)較多,故取該灌渠灌溉設(shè)計(jì)保證率為90%。在此基礎(chǔ)上計(jì)算灌溉灌水率(即灌溉流量系數(shù))。參照《

　　河源市江河流域規(guī)劃報(bào)告書》灌區(qū)規(guī)劃部分計(jì)算成果,從中選取續(xù)灌時(shí)間T=10天,最大灌水定額mmax=161.6mm。按照灌水率計(jì)算公式:

　　=1.25(m3/s)/萬畝計(jì)算凈灌水率

　　q=q∕η=1.25/0.65=1.95(m3/s)/萬畝

　　考慮該渠系斗、農(nóng)、毛渠均為土渠,所以選取渠系有效利用系數(shù)=0.65。

　　3.1 計(jì)算渠寬b

　　根據(jù)原始資料,結(jié)合地形確定該灌渠的斷面為矩形。灌溉面積為7500畝。流量系數(shù)為

　　1.95(m3/s)·萬畝。查渠道糙率表查出漿砌石糙率n=0.025,混凝土糙率n=0.015,故該灌渠的糙率為n= =0.0183。

　　故計(jì)算出灌溉流量Q=7500×1.95/10000=1.46m3/s。

　　用圖解法求渠寬b：假設(shè)h=1米

　　K=Q/ =1.46/ =119.21

　　H2.67/nk=12.67/(0.0183×119.21)=0.458

　　查《水力學(xué)》上冊(cè)附錄,查相應(yīng)的0.458及m=0時(shí)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,此流速大于允許不淤流速0.3m/s,小于不沖流速2.2m/s,滿足要求。

　　4渠道縱斷面設(shè)計(jì)

　　渠道縱斷面設(shè)計(jì),一般是與橫斷面設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。它包括:沿渠地面高程線、渠道正常水位線、渠道最低水位線、渠底高程線以及渠道堤頂高程線、分水口位置以及渠道建筑物設(shè)置等的內(nèi)容。渠道的縱斷面設(shè)計(jì)圖,首先是根據(jù)渠道的平面布置圖,按不同里程相應(yīng)的地面高程,在縱斷面圖上繪出地面高程線。然后參照水源或上一級(jí)渠道水位高程、沿渠底面坡降、各分水點(diǎn)所要求的水位高程,根據(jù)一定的比降(指渠底比降,與水力計(jì)算中所采用的水力比降i相同),繪出正常水位線。有了正常水位線,便可根據(jù)渠道的正常,繪出渠底高程線,接著按最小水深、加大水深和渠道超高,平行于渠底線向上繪出最低水位線、加大水位線和堤頂高程線。在滿足下一級(jí)渠道分水點(diǎn)所要求的水位高程前提下,在上一級(jí)渠道的地面坡度很陡或有突變之處,可以結(jié)合綜合利用的需要,具體選擇跌水和陡坡,并確定其高差及位置。上一級(jí)渠道向旁側(cè)分出水量時(shí),除應(yīng)保證在正常流量下順利向下級(jí)配水外,還必須保證在最小流量時(shí),也能滿足下級(jí)渠道引水的要求,這樣往往就需要修建節(jié)制閘。

　　5結(jié)束語

　　總之，小型農(nóng)田水利建設(shè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的最基礎(chǔ)的條件,在灌渠的設(shè)計(jì)中,過水?dāng)嗝娉叽绲拇_定,主要是合理選定渠道斷面的邊坡、渠底底寬b、渠中水深h和超高ΔH。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 李慧，小型農(nóng)田水利工程之灌渠的設(shè)計(jì)問題探討[J]科技促進(jìn)發(fā)展(應(yīng)用版)，2011.02