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)濟實用水力斷面且計算簡單就是一個問題，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,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、河西五個行政村，設(shè)計流量1.OOm3/s，灌溉面積2985畝，設(shè)計比降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、跨塌事件時有發(fā)生，渠首取水大壩壩體后緣被洪水拉空，進水閘門老化失修，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統(tǒng)計得每年人畜用水約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和灌區(qū)水管所收取水費情況加以統(tǒng)計得出企業(yè)每年需水量14.653m3。

　　根據(jù)以上四項之和，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，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，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不到設(shè)計要求，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

　　3.1渠道縱斷面設(shè)計

　　渠道縱斷設(shè)計主要是對渠底坡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)新莊河漲水時河水變渾后，渾水中泥砂含量超過15％(重量百分比)時，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，每年下雨時就造成大量泥沙匯入新莊河。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，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31.6萬噸，造成新莊河長達4個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。同時加強前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

　　渠道橫斷設(shè)計為保證經(jīng)濟合理，滿足綜合利用對渠道結(jié)構(gòu)要求，必需同時滿足要求：(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行計算(先計算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，因一個公式中有兩個變量，需假定一個變量后，再計算另一個變量。由于此方法計算量大，計算結(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，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

　　因為β=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

　　通過以上計算，得出兩種計算結(jié)果，一種用經(jīng)驗公式計算得到的b0=1.76米，h0=0.81米。因采用經(jīng)驗公式法計算簡單，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)驗公式適用范圍內(nèi)。但由于經(jīng)驗公式中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行的實際情況不相符，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，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年時都使用了近40年，但兩渠運行情況卻大不一樣，和愛渠新建長度41.4公里，95年時能通水39.6公里；而民主渠原設(shè)計長度74公里，到95年時卻只能通水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算。

　　和愛渠三面光防滲工程前段設(shè)計的斷面尺寸應(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。