浅谈灌区末级典型渠系选定与设计要点

【摘要】末级渠系是灌区渠道的终端，连接着骨干渠道和农田，也就是“最后一公里”，是农田得到有效灌溉和节水的最后一道工程保障体系。通过探讨某末级渠系建设典型渠道选择原则和选定条件，分析典型渠道设计规划中应注重的设计要素和建设内容，为同类灌区节水改造中末级渠系建设提供参考。

【关键词】灌区；末级渠系；典型；设计；思考

某灌区位于千河中下游，设施面积3.32万亩，有效灌溉面积2.77万亩。其灌区末级渠系由斗渠及农渠两级固定渠道组成，有斗渠35条，农渠93条。斗、农渠均实行轮灌，斗渠直接从干渠引水，干渠实行续灌。该灌区在实施节水改造过程中，末级渠系设计与建设就成为该灌区节水改造的重要内容。本文通过对该灌区末级渠系典型选择与设计的探讨，为灌区末级渠系建设起到抛砖引玉的作用。

1 末级典型渠系选择原则和区域选定

1.1典型渠系选择原则。末级渠系典型区域选定时，该区域应具有代表性，斗、农渠及渠系建筑物的布置，建筑物的单位面积数量指标能反映灌区末级渠系的真实情况，面积应达到本次恢复改善灌溉面积的5%-10%。该区全部斗渠、农渠纵、平、横断面图纸齐全，主要建筑物要有设计图，要能计算单位长度、单位面积的投资、工程量、建筑物数量等重要指标。

1.2典型区域的选定。根据上述原则，通过实地勘测筛选，选定北干渠北十七斗、十八斗、十九斗三条斗渠及其所属的12条农渠所控制的灌溉面积为典型区域，该区灌溉总面积为1879亩。

2 典型区域渠系的基本现状

该区北以新兴铺退水渠为界，南至柿子沟，东以千河灌区北干渠为界，西至千丰河。南北宽1.25km，东西长1.5km，灌溉面积1879亩。典型区现有北十七、十八斗、十九斗等三条斗渠，均垂直干渠并与等高线斜交布置，斗渠邻路，渠道中心线与路平行，长度分别为1010m、970m和908m。以斗为单元形成农渠、田间路配套的方田。方田长410-600m，宽250-300m，布置合理，本次设计采用原斗渠的平面布置。典型区垂直斗渠布设了12条农渠，其中北十七斗布设5条、北十八斗布设4条、北十八斗布设3条。农渠间距为250m左右，每条斗渠控制面积在115-195亩范围之间。

3 典型区域渠道设计内容

3.1设计流量的确定或复核。根据灌区渠道布置、控制面积、灌溉制度及实际运行情况，渠道设计流量维持原设计流量不变。根据灌区多年运行经验，轮灌的斗渠灌水模数为1万亩/（m3/s），轮灌农渠的灌水模数为0.5万亩/（m3/s），照渠道流量进位规定、可研成果等，并以最小U形渠规格D30在1/500比降下的过流能力0.03m3/s为下限值，并按下式计算：Q=max（灌溉面积灌溉模数，0.03），综合确定典型区各斗渠和农渠的设计流量。

目前该区斗渠和农渠均采用轮灌方式，北干的69条斗划分为三个轮灌组，同时工作的斗渠有23条，每条斗渠里有两条农渠在同时工作。按自上而下的方法确定分配给每条农渠的田间毛流量。已知北干渠为续灌渠道，设计流量3.5m3/s，则由干渠分配给每条农渠的流量为：Q欢=Q干nk=3.523×2=0.08（m3/s）

通过以上公式计算，该区北十七斗设计流量约在0.4m3/s，北十七斗设计流量约在0.32m3/s，北十七斗设计流量约在0.24m3/s。

3.2渠道纵断面设计。根据本次实测的典型区各斗、农渠中心线高程及横断面成果，从最下级固定渠道农渠着手，根据现状地面比降，确定各条农渠的纵向比降和进水口高程。根据农渠进水口高程、斗渠中心线地面高程及比降，纵横交互，反复调整，确定斗渠纵断面设计，同时借鉴其它灌区斗农渠运行与管理经验，该区斗农渠断面规格为D30，渠道级别为Ⅰ级，考虑到北十七斗有五条斗渠在运行，北十七斗渠断面规格为D40，渠道级别为Ⅱ级。

3.3渠道横断面设计。根据明渠均匀流公式复核的典型区各斗、农渠的水力要素及断面参数，该区斗渠和农渠横断面均采用U型断面，C15混凝土现浇，糙率取0.016。根据设计流量、渠道比降等，通过水力确定斗渠断面形式为D40和D30两种规格，衬砌厚度均为6cm；农渠断面形式为D30一种规格，衬砌厚度为6cm。U型渠道每隔6m设一道横向伸缩缝，采用人工切制的V形缝，缝宽2cm。缝内填充物采用聚氯乙烯胶泥，封口采用水泥砂浆抹平。斗渠渠堤宽度取0.8m，分渠渠堤宽度取0.5m，渠道岸顶超高均取0.1m，填方渠堤外坡比为1：1，挖方渠堤外边坡1：0.3。

3.4渠道防渗材料的应用。斗农渠是灌区渠道建设的最后一公里，也是防渗节水的最后一道保障，对末级渠道防渗也可以考虑采用复合土工膜，即一布一膜土工布，由于其抗拉强度较高，抗穿透能力和抗老化性能好，可不设过渡层，另外，土工布表面摩擦力大，防滑效果好，便于安砌或浇筑砼板。与塑料膜防渗相比，具有施工简单，质量可靠，提高工效等优点干、支渠防渗工程大都采用这种板膜复合结构形式，即采用一布一膜土工布柔性材料做防渗层，其上再用C15砼刚性材料做为保护层，厚度一般为7-10cm。

4 典型渠道建筑物设计内容

4.1斗门和农门的设计。斗门、农门分设在斗渠和农渠渠首，采用现浇砼闸墩，钢筋砼闸台板，斗门按照渠道尺寸采用400×400mm和300×300mm两种形式，斗农门采用300×300mm闸门，并十七斗门采用400×400mm闸门，闸前开口宽度均为80cm，闸台板宽度40cm，厚度15cm，高度80cm，闸后接60cm矩形渠道，通过扭面与斗渠或农渠相接。闸台板采用钢筋砼形式，主筋保护层2.5cm，其余部分采用素混凝土结构。斗、农门采用铸铁闸门，手动螺旋杆启闭机。

4.2生产桥的设计。生产桥设计为简支板式U形结构，考虑到该区部分渠道生产桥承担道路功能，设计荷载标准为汽-10、挂-80，桥面宽度按照3.0m设计。桥面板为预制钢筋砼面板，桥台采用M7.5水泥砂浆砌块石，台帽采用C25素混凝土。U型渠道混凝土衬砌板与桥台相靠但不黏结，桥面板两端支座处垫2-3层油毛毡，并涂上蜡。

4.3量水堰的设计。灌区水费计价的计量点为斗渠，但考虑到农渠轮灌配水的需要，在斗、农渠均设平底抛物线无喉量水堰用于计量。斗渠量水堰设在每个斗渠进水闸和第一个农渠分水口前，农渠量水堰设在距农渠引水口10m处，每条斗渠和农渠各设置一座量水堰。量水堰设计为砼结构，砼标号为C25。为保证量水的准确，施工时应严格按照量水堰尺寸参数进行施工，水尺零点应与抛物线喉口底保持同一水平面上，确保量水堰计算准确，使灌农用上放心水、公平水。

4.4节制闸的设计。为满足农渠轮灌的要求，根据水面线计算成果，在斗渠设节制闸，D30节制闸尺寸与D40节制闸均为同一尺寸，节制闸闸台采用现浇C25钢筋砼结构，闸敦为C25砼，闸门采用400×400mm铸铁闸门，启闭机采用手动螺杆启闭机。闸台后接盖板涵，盖板宽度90cm，沿水流方向长度50cm，厚度5cm。闸前和后扭面长度分别为50cm、75cm。

4.5跌水的设计。由于地形因素，需在斗渠和农渠分别设置跌水，跌水的尺寸参数按照渠道类型和跌差进行查表所得，跌差0.5-3.0m，级差0.5m，跌水材料选择混凝土，标号采用C25。为适应U形渠道特点，采用抛物线形缺口，方程为y=Pxnc，各参数按照渠道类型选择，形状按照坐标x、y进行控制。缺口衔接段后为跌水。

4.6分水口与涵洞的设计。分水口采用C15砼现浇，矩形断面，宽20cm，与渠道衬砌高度同，留闸槽，简易木板挡水；涵洞为斗渠跨公路的建筑物，采用矩形盖板涵洞形式，涵洞基础为M7.5浆砌石，盖板为预制C25砼盖板，尺寸为1.0×0.5×0.12。涵洞过路段设计为4m，前后扭面段均为75cm，直段高同相应斗渠衬高，宽为80cm。为保证施工质量回填土压实系数不小于0.94。

5 结论

典型渠系选定，为某灌区末级渠系整体建设提供参考依据，而典型渠系建设内容确定，以点带面，辐射推动了该区末级渠系规划设计和建设步伐，为同类灌区节水改造中末级渠系建设另辟新径。