小型农田水利工程之灌渠设计

小型农田水利工程之灌渠设计

蔡世强

广东水电二局股份有限公司广东广州511300

摘要：小型农田水利工程，在对农作物进行水源灌溉等方面具有至关重要的作用，为农业生产的良好发展奠定了良好的基础。加强对小型的农田水利工程的设计建设，能有效缓解自然灾害对农业生产造成的不利影响，大幅度降低农民的经济损失。灌渠是小型农田水利工程的关键部位，直接负责对农作物进行水源灌溉，因此，必须重视对灌渠的设计，综合考量各方面的因素，以确保灌渠设计的科学性和实用性。本文浅析了灌渠的引水量的确定、渠道设计以及渠道纵断面设计，以期为我国小型农田水利工程的灌渠设计提供借鉴。

关键词：小型农田；水利工程；灌溉设计

前言：

农田水利建设，是农业水利工程建设的重要组成部分，对于农业生产发展以及防洪、对农作物进行灌溉等意义重大。灌渠，作为小型的农田水利工程的关键部位，直接对农作物进行水源灌溉，对农作物的生产发挥着直接性的作用。灌渠的设计与建设，是一个较为复杂的系统性工程，涉及诸多方面的工作。为确保灌渠的建设质量，发挥灌渠的实际作用，必须对各方面的因素进行综合考虑，科学合理地进行灌渠设计。

一、确定渠道引水流量

渠道引水量，是渠道内引水流量的总和，包括对渠道灌溉范围内农田进行灌溉的净流量以及渠道引水过程中损失的流量。渠道引水量，受诸多因素的影响，诸如河源水量、灌溉渠条件、灌溉区的农作物、农作物种植面积、灌溉渠的气候条件等。对小型农田水利工程的灌渠设计，首先要确定渠道引水流量。要根据灌溉区域内农作物的灌溉制度以及灌溉区域的面积，按照农作物在一定时期内最多的用水情况，来进行渠道引水流量的计算。渠道引水流量的通常按照下面的公式[1]进行计算：

在该公式中，渠有效利用系数，是极为关键的一个系数。该系数对灌渠最终引水流量的各种影响因素，诸如渗漏、蒸发等进行了综合考虑。该系数在一般干渠中，通常取0.5—0.7；在支渠中通常取0.6—0.8；在进行渠道砌衬时，通常取0.8—0.9。

二、灌渠的渠道设计

1、对灌渠的渠道水位进行高程确定

对灌渠的渠道水位进行高程确定，通常考虑两个方面的内容，一是在灌渠渠道的灌溉范围中，寻找合适的参考点，将其地面高程作为参考因素；二是考察灌渠的各级渠道，将其水头损失作为重要的参考因素。对于灌渠沿渠产生的水头损失，尤其要重视两个方面的内容，一方面是渠道的比降损失，一方面是水流在流经灌渠建筑物时造成的损失[2]。

2、对灌渠渠道进行横断面设计

对灌渠的渠道水位进行高程确定之后，要对灌渠渠道进行横断面设计。通常，当灌渠的渠道引水流量一定时，其渠道横断面尺寸受到诸多因素的影响，诸如流速、比降等。

（1）渠道比降以及流速。渠道的土质、渠道水流的含泥沙量以及灌溉区域的地面坡度直接决定了渠道比降。渠道比降较大时，渠道流速也较大，此时通过一定的渠道流量，只需很小的渠道断面，能实现对土方、石方用量的减少。同时，水头跌落具有较快的速度，灌渠渠道无法有效控制较大面积的灌溉范围，灌渠渠床将会容易遭受各种程度的冲刷。当灌渠具有相对较为平缓的渠道比降时，将同时具有较为平缓的渠道流速，这种情况下，极易造成泥沙在灌渠渠道中的淤积。这就会严重影响灌渠对水流的顺畅输送。[3]因此，过大过小的渠道比降，都不利于渠道的输水。为实现对深挖高填现象的有效避免，在对渠道比降进行选择时，要尽量使渠道适应渠线所经的地面坡度。灌渠线路会通过某些坡度较陡的地段，这种情况下，灌渠的渠道比降会出现对较陡坡度的不适应。针对这种情况，一般因地制宜地采用跌水以及陡坡等方式，对该地段灌渠的渠道比降进行科学合理的调整。

（2）对灌渠的渠道边坡进行设计。灌渠有时会经过岩石遍布的地段，对于此类地段的灌渠，一般采用矩形的渠道断面设计方式。对于通过土基的灌渠，通常采用梯形的渠道断面设计方式或者是u型槽预制方式。对于灌渠的渠道边坡，通常用1：m进行表示。1表示的是斜坡垂直距离，m表示的是斜坡水平距离，即边坡系数。当m越大时，其边坡坡度越缓；当m越小时，其边坡坡度越陡。矩形断面的渠道，其m值为0[4]。

（3）对灌渠的渠道超高进行设计。为实现对灌渠的渠道安全行水的有效保障，要确保灌渠渠堤的顶部高出灌渠渠道的最高水位。因此，在灌渠设计中，要加强对灌渠的渠道超高进行设计。灌渠渠道超高的设计，通常受到渠道流量以及级别等因素的影响。

（4）对灌渠的渠堤顶宽进行设计。通常根据渠岸高度以及渠道流量来对渠堤顶宽进行确定。对于灌渠的渠堤与道路相结合的情况，要科学合理地设计道路一侧的堤顶宽度。

3、对灌渠的渠床糙率进行设计

对灌渠的渠床糙率进行设计，要考虑诸多方面的因素，诸如渠道施工与维护、渠道流量以及渠道引水含沙量等。通常根据《灌溉排水工程设计规范》中的渠床糙率表，并结合相关渠道工程的设计经验，综合考虑各种因素，实现对渠床糙率的确定[5]。

4、对灌渠的渠道比降进行设计

通常按照经验公式，对渠道比降进行计算，并结合工程实际对各种因素进行综合分析。《灌溉排水工程设计规范》中的比降计算公式如下：

上述公式中，表示浑水渠道的水流挟沙能力；表示渠道泥沙的沉降速度；表示渠床糙率；表示浑水渠道的设计流量。

三、对灌渠的渠道纵断面进行设计

渠道纵断面的设计包括诸多方面的内容，主要内容有沿渠地面的高程线、正常情况下的渠道水位线、最低的渠道水位线、以及渠道建筑物等。渠道纵断面的设计图，通常按照渠道的平面图，对比灌渠流经地段的里程以及地面高程，在灌渠的纵断面设计图纸上，绘制灌渠所流经地段的地面高程线。对正常水位线的绘制，通常是对水源进行参照，或者是对上级渠道的水位高程以及各分水点的水位高程进行参照，并按照一定的比降完成绘制。绘制完成灌渠渠道正常情况下的水位线之后，即可根据灌渠的正常渠道绘制出灌渠渠底的高程线，继而根据渠道的最小水深、加大水深以及渠道超高，绘制出与渠底线平行的最低水位线、加大水位线以及堤顶高程线。画图顺序如下所示：

在水位高程满足下一级渠道分水点要求的基础上，对于上一级渠道具有较陡的地面坡度，应科学合理地选择跌水以及陡坡方式，并对其高差和位置进行确定[6]。上一级渠道将水量向旁侧分流时，一方面要确保在流量正常时实现对下级的顺利配水，另一方面要保障，在流量最小的情况下，实现对下级渠道引水要求的良好满足。这就需要在渠道设计施工中进行节制闸的修建。另外，要估算渠水通过节制闸以及其他建筑物时造成的水头损失，并在渠道纵断面设计图上进行表达。

结语

本文从渠道引水量的确定、渠道设计以及渠道纵断面的设计等方面，浅析了灌渠的设计。对渠道引水量的确定，要深入灌渠所在地的现场，进行细致的勘察，收集完整的第一手资料，进行精确的计算，最终确定渠道引水量，在此基础上，做好灌渠的渠道以及断面设计。

参考文献

[1]卢燕芬.浅谈小型农田水利工程之灌渠的设计[J].科技资讯，2008（21）：44.

[2]马秀琴.浅谈小型农田水利工程之灌渠的设计[J].建筑工程技术与设计，2015（32）.

[3]刘凤龙，王艳.小型农田水利工程之灌渠的设计问题探讨[J].大观周刊，2012（8）：119-119.

[4]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，2011（2）：340-340.

[5]吴伟.浅谈小型农田水利工程之灌渠的设计[J].中国科技纵横，2009（7）.

[6]唐小蕾.浅析小型农田水利工程中灌渠设计问题[J].定西科技，2013（2）：26-27.