[摘要]簡(jiǎn)要介紹了龜石灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程概況，并剖析渠道設(shè)計(jì)理論、原則及過(guò)程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，闡述在該工程上的應(yīng)用。
　　[關(guān)鍵詞]龜石灌區(qū)；優(yōu)化；方案比較；斷面；襯砌
　　[中圖分類(lèi)號(hào)]
　　
　　1工程概況
　　龜石灌區(qū)位于廣西東北部，地處廣西賀州市鐘山縣、八步區(qū)境內(nèi)。是以龜石水庫(kù)為主，12個(gè)中小型水庫(kù)、3處引水工程、16處提水工程為輔的“長(zhǎng)藤結(jié)瓜”型灌區(qū)，設(shè)計(jì)灌溉面積為30.45萬(wàn)畝。渠道設(shè)計(jì)流量：0.2～22.0m3/s，渠道為4~5級(jí)建筑物，附屬建筑物按過(guò)流流量分別定為4~5級(jí)。由于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，渠系建筑物配套不全，工程老化，破損嚴(yán)重，1998年灌區(qū)實(shí)際灌溉面積僅為17.98萬(wàn)畝，灌區(qū)抗旱能力不高，灌溉保證率低，灌區(qū)效益未能充分發(fā)揮。經(jīng)過(guò)四十多年的沖刷與滲漏，造成現(xiàn)渠道邊坡不穩(wěn)定、滲漏孔洞多，渠道水利用系數(shù)較低，已嚴(yán)重影響農(nóng)田灌溉。為解決渠道滲漏及抗沖能力差的問(wèn)題，必須采取防滲襯砌措施，以達(dá)到節(jié)水，提高渠道水利用系數(shù)，提高水資源的綜合利用價(jià)值。工程任務(wù)是根據(jù)渠道現(xiàn)狀，主要對(duì)現(xiàn)渠道斷面進(jìn)行清淤、放坡、襯砌，以滿足過(guò)流能力。
　　2設(shè)計(jì)原則
　　在原有的渠系基礎(chǔ)上進(jìn)行續(xù)建配套與節(jié)水改造，依此，渠系工程布置按以下原則設(shè)計(jì)：⑴保持原渠線，局部過(guò)于彎曲處適當(dāng)栽彎取直；⑵在彎道段，如彎道曲率小于5倍水面寬度時(shí)，采取順凸岸漸變橫向降坡的方法；⑶在不改變渠道過(guò)水?dāng)嗝娴那闆r下，通過(guò)渠道防滲技術(shù)措施，提高渠道輸水能力；⑷力求上下斷面連接順暢，水流流態(tài)好；⑸盡量節(jié)省工程投資，少占耕地；⑹確保工程安全，運(yùn)行可靠。
　　3斷面尺寸設(shè)計(jì)
　　3.1橫斷面設(shè)計(jì)
　　渠道斷面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定符合要求的斷面尺寸，即定出斷面形狀、底寬b及正常水深h。斷面形狀與濕周有關(guān)，在面積相等的幾何圖形中，周長(zhǎng)短的濕周小，半圓形斷面渠道比矩形斷面渠道濕周小。在其它條件相同情況下，半圓形斷面比矩形斷面過(guò)流能力大，梯形斷面濕周及過(guò)流能力介于半圓與矩形之間。梯形渠道對(duì)地質(zhì)條件有很好的適性，邊坡系數(shù)m可以根據(jù)地質(zhì)條件及襯砌型式調(diào)整。在該工程設(shè)計(jì)中盡量采用梯形斷面，渠道改造邊坡系數(shù)保持同原渠道基本一致，因渠道經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)，不穩(wěn)定部分逐步被沖刷、滑塌掉，現(xiàn)狀渠道邊坡趨于自穩(wěn)狀態(tài)。設(shè)計(jì)中小流量渠道及支渠尾部適當(dāng)采用矩形斷面，減小過(guò)水面積，抬高過(guò)水水深，以滿足灌溉要求。
　　渠道寬深比a選擇，原則上應(yīng)按水力最優(yōu)斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使土石方量和襯砌工程量最小。水力最優(yōu)斷面具有比較窄深的特點(diǎn)，當(dāng)用于較大渠道時(shí)，開(kāi)挖超過(guò)一定深度，施工就很困難。所以像干渠這種大渠道盡量選取較為寬淺的斷面，使寬深比a>a最優(yōu)。但對(duì)山坡較陡的盤(pán)山渠道，為了避免過(guò)大的劈山土石方量，按水力最優(yōu)斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用較為窄深式斷面。
　　斷面形狀參數(shù)計(jì)算，渠道斷面不變的渠道各水力要素按明渠均勻流公式計(jì)算，擬定幾組斷面尺寸進(jìn)行試算，漸變段按明槽恒定漸變流公式計(jì)算，計(jì)算公式分別如下：
　　1）明渠均勻流公式
　　                       
　　渠道超高分別按土石壩公式和《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288—99）中渠頂超高公式計(jì)算，選取獅洞干渠11+183斷面（Q=1.730m3/s）計(jì)算，計(jì)算公式如下：
　　               
　　　　                         渠道超高計(jì)算成果表
                            

　　規(guī)范公式計(jì)算的渠道超高值大，且超高基面較高。根據(jù)龜石灌區(qū)多年的運(yùn)行情況，避免渠道挖方或回填太多，并適當(dāng)預(yù)留山區(qū)渠道行洪高度，擬定西田口引水渠、西干渠、獅洞干渠及黃田支渠超高0.6m，擬定東五支渠、東六支渠超高0.5m，擬定東二支渠、東四支渠超高0.4m，超高基面為渠道正常水面。這與按土石壩公式計(jì)算的渠道超高基本相同。
　　3.2縱斷面設(shè)計(jì)
　　渠道斷面設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于確定渠道縱坡i。從明渠均勻流公式可知，當(dāng)渠道設(shè)計(jì)流量一定時(shí)，如果選擇較大的渠道縱坡，可以減小斷面尺寸，但會(huì)引起控制面積減小，流速加快，可能引起渠道沖刷。反之，如果選擇較小的縱坡，就要增加斷面尺寸，控制面積可以增大，但要增加工程量，而且在地面坡度較陡的地段，需要修建較多的聯(lián)接建筑物，增加工程投資。
　　影響渠道縱坡的因素很多，如灌區(qū)地形、地質(zhì)和土壤條件，渠中水流含沙量，以及渠道設(shè)計(jì)流量大小等。因此應(yīng)考慮主要問(wèn)題，兼顧次要問(wèn)題。如含沙量大時(shí)，應(yīng)著重考慮泥沙淤積問(wèn)題，選擇較大縱坡，避免渠道淤積。又如，要求渠道能自流控制較大的面積時(shí)，應(yīng)選小一些的縱坡。此外，為了避免修筑過(guò)多的建筑物，渠道縱坡還應(yīng)與地形坡度相適應(yīng)。
　　龜石灌區(qū)渠道含沙量不大，渠道斷面采用砼或石料襯砌后，渠道的設(shè)計(jì)流速易滿足不沖不淤條件，應(yīng)著重考慮節(jié)省工程量問(wèn)題。設(shè)計(jì)時(shí)盡量順著原來(lái)的縱坡，并兼顧做到縱坡統(tǒng)一，干渠力求一坡到底，支渠縱坡種類(lèi)宜少不宜多，地形急劇變化段修建必要的聯(lián)接建筑物，如跌水或陡坡，避免出現(xiàn)大量深挖高填情況。當(dāng)不同坡比之間優(yōu)缺點(diǎn)比較困難，難于選擇最優(yōu)坡比時(shí)，應(yīng)擬定幾個(gè)縱坡坡比，進(jìn)行工程量、投資比較，選出最優(yōu)坡比。
　　
　　4襯砌型式設(shè)計(jì)
　　根據(jù)龜石灌區(qū)的總體規(guī)劃及《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50288—99），龜石灌區(qū)渠系水利用系數(shù)必須達(dá)0.55以上，渠道的允許最大滲漏量約0.1m3/(m2•d)。根據(jù)渠道允許最大滲漏量及襯砌使用年限（按30年設(shè)計(jì)），對(duì)獅洞干渠11+183斷面我們分別選擇了M7.5漿砌石、M7.5漿砌磚襯砌與現(xiàn)澆C15砼襯砌方案比較。
　　通過(guò)選擇方案比較，現(xiàn)澆混凝土防滲襯砌方案具有投資較省、施工工藝簡(jiǎn)單、速度快、施工質(zhì)量易控制、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此推薦盡量采用C15混凝土對(duì)渠道底板、內(nèi)邊坡進(jìn)行三面襯砌防滲。結(jié)合實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)比較，首先應(yīng)考慮渠道安全穩(wěn)定、施工保證上是否可行，若可行應(yīng)優(yōu)選選擇投資省的襯砌方案。對(duì)坡比比較陡段和渠道比較寬的渠段、填方段均選擇M7.5漿砌石襯砌型式；渠道水深較淺、渠底比較窄的支渠尾段及小渠道選用M7.5漿砌磚襯砌；對(duì)土渠、傍山渠段渠寬較窄部位及其它情況均采用現(xiàn)澆C15混凝土防滲襯砌。
　　                                         渠道襯砌方案比較表

                       
　　2.質(zhì)量好
　　 缺點(diǎn) 1.投資大 1.只適用低坡段
　　2.投資大 1.養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)
　　5結(jié)語(yǔ)
　　灌區(qū)渠道設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)試算優(yōu)化的過(guò)程，很多參數(shù)要靠設(shè)計(jì)人員自己擬定，而且參數(shù)之間又相互聯(lián)系，一個(gè)參數(shù)改變就可能導(dǎo)致其它參數(shù)跟著改變。通過(guò)合理的選擇參數(shù)及斷面型式可以縮小試算范圍，快速選出較優(yōu)斷面，減小設(shè)計(jì)人員工作量。以上理論經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用，在龜石灌區(qū)這樣的大型灌區(qū)上取得了預(yù)期效果，多、快、好、省地完成了設(shè)計(jì)。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]GB50288—99,灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范[P]