涝河灌区干渠修复工程相关水力计算

□林兴贵（临汾市水利勘测设计院）

1 工程概况

1.1 自然条件

涝河灌区位于临汾盆地汾河以东、曲亭河与洰河之间，其东西长15km，南北宽8km，为三级阶地和黄土洪积台地，地形东高西低，地面高程460～650m，地面坡度1/40～1/250。灌区地表属于新生界第四纪沉积物，表层为中更新统Q2 轻亚粘壤土，地下水属弱富水区，主要以降水补给。

1.2 社会经济情况

涝河灌区涉及尧都区大阳镇、段店乡、乔李镇3 个乡镇46个村。总人口7 万人，其中农业人口6 万人，耕地面积0.62 万hm2，人均收入2673 元。

灌区内土地比较平坦，气候适宜，以农业生产为主，作物种植以冬小麦为主，其次为果树、玉米、棉花、豆类、蔬菜等经济作物。

灌区内公路纵横、交通便利，南有临浮公路通过，北有临汾—乔李—曲亭公路，西为霍侯一级公路和南同蒲铁路。灌区内水、电、通讯等基础设施完善。

1.3 工程现状和存在的问题

灌区水源为涝河水库，灌区主要有总干渠、北干渠、南干渠3 条输水渠道。设计灌溉面积0.49 万hm2，其中：总干渠灌溉面积460hm2，南干渠灌溉面积1147hm2，北干渠灌溉面积2760hm2，水库提灌面积540hm2。北干渠总长8.88km，设计流量1.64m3/s，加大流量1.90m3/s。北干渠下设支渠6 条，其中一支渠为万亩支渠。北干渠为东西向与南北向交叉，渠道断面为浆砌石、混凝土预制块梯形渠或混凝土梯弧形渠，主要建筑物有乔李倒虹吸。由于新建临汾乔李民航机场，北干渠桩号7+086 以后的渠道被占用，严重影响到下游580hm2耕地的灌溉。

1.4 工程建设的必要性

涝河灌区是尧都区的主要粮棉区，由于临汾市（乔李）民航机场建设征地，致使北干渠渠道中断，桩号7+086 以后渠道被占用，影响了下游约580hm2耕地的正常灌溉，使灌区效益不能充分发挥。为了满足灌区内农田灌溉需求，对北干渠7+086 以后渠段进行修复和改造是十分必要的。

1.5 工程任务

本次涝河灌区干渠修复工程，涉及范围为北干渠，北干渠改线后需改建渠道长2.78km，设计流量0.67～0.52m3/s，灌溉面积约580hm2，设计渠底宽1.00m，高1.00m，为浆砌石内衬混凝土矩形断面。

1.6 涝河水库水量平衡

涝河灌区唯一的水源为涝河水库，引沁入汾和川取水工程兴建时对涝河水库进行兴利调节，涝河灌区灌溉面积采用此计算成果。

涝河水库入库水量由本流域来水和引沁入汾工程调水两部组成，入库水量保证率50%。涝河水库流域年均入库水量为1730 万m3，引沁入汾工程年均调入涝河水库净水量为1349 万m3，年均入库总水量为3079 万m3。

1.6.1 灌溉制度

涝河灌区灌溉制度采用临汾市水利勘测设计院编制的《临汾市引沁入汾和川取水输水工程初步设计报告》计算成果，保证率P=50%年灌溉127d，综合净灌溉定额2947.50m3/hm2，万亩净灌水率为每万亩6.60 ×10-2～3.13 ×10-1m3/s。具体见表1。

1.6.2 水量平衡成果

《临汾市引沁入汾和川取水输水工程初步设计报告》水量平衡计算时，涝河灌区灌溉水利用系数取0.60，工业供水保证率为95%，农业灌溉保证率为50%，调节成果为工业供水量568 万m3，农业灌溉用水量1818 万m3，灌溉面积0.45 万hm2。目前工业供水量约为350 万m3，余水补充农业，灌区灌溉面积仍按0.49 万hm2配套工程。根据径流调节，得出涝河水库径流调节成果见表2。

表1 涝洰河灌区灌溉制度表（P=50%）（1980年典型）

表2 涝河水库径流调节成果表

1.7 北干渠设计流量

北干渠灌溉面积2760hm2，设计流量为1.64m3/s，加大流量1.90m3/s，万亩灌水率在表1范围内，维持原渠道设计流量。本次修复段工程为北干渠桩号7+086 以后渠段，灌溉面积现状为540hm2，而韩村提灌站报废后约153hm2耕地需北干渠5 支渠灌溉，但飞机场占地约113hm2，渠道修复改建完成后实际灌溉面积为580hm2，因此本次渠道设计仍维持原灌溉流量7+086～9+462 为0.67m3/s，9+462 以后为0.52m3/s。

2 渠道相关水力计算

2.1 设计标准

北干渠设计流量1.64m3/s，加大流量1.90m3/s，根据《灌溉与排水工程设计规范》，渠道工程级别为5 级，建筑物级别为5 级。

2.2 渠道改建设计

涝河灌区北干渠修复工程涉及范围为北干渠，北干渠原长8.88km，修复工程完成后长9.87km，北干渠改线后需改建渠道长2.78km，此段设计流量分别为0.67m3/s 和0.52m3/s，设计渠底宽1.00m，深1.00m，为浆砌石内衬混凝土矩形断面。

2.2.1 渠道水面线计算

新建渠道纵坡基本沿现状地形线布置，新建渠道均为混凝土衬砌，糙率取0.17×10-1，按明渠均匀流计算各段渠道的水深、流速，计算公式为：

式中：Q—流量；A—过水面积；X—湿周；b—渠底宽度；h—断面水深；v—流速；C—谢才系数；R—水力半径；i—渠道底坡；n—渠道糙率，混凝土取0.17×10-1。

2.2.2 渠道衬砌形式确定

涝河灌区北干渠修复工程涉及范围为北干渠改造，渠道流量较小，为节省投资及方便施工，采用砌石上浇混凝土矩形渠。砌石上浇混凝土矩形渠抗冻抗渗性能较好，汾西灌区龙祠红卫渠为此衬砌型式，2000年建成至今，运行良好。

2.2.3 倒虹吸管道设计

倒虹吸位于北干渠桩号9+356～9+442 处，为北干渠穿过机场大道段。倒虹吸管道管材采用单位投资相对少、糙率小，刚度相对较大、便于施工的玻璃钢夹砂管，根据管路允许的水头损失确定管径，倒虹吸管内水流为压力流，过水能力按《灌区水工建筑物系列丛书》中压力管道公式计算：

式中：Q—过水流量（m3/s）；ω—过水断面（m2）；z—进出口水位差，即总水头损失（m）；μ—流量系数；ζf—沿程阻力系数；Σζj—局部阻力系数之和；L—管道全长（m）；DB—圆管内直径（m）；hf—沿程水头损失（m）；hj—局部水头损失；υ—管内平均流速（m/s）；g—重力加速度（m/s2）。

计算结果为：倒虹吸管径采用Φ800，工作压力为0.40MPa。

3 结语

综上所述，该工程的有利影响占主导地位，所带来的经济效益、社会效益是显著的、长期的，不利影响处于次要地位，且许多不利影响在工程施工结束后会逐渐消失。从环境的影响方面考虑，工程是可行的，从经济的方面考虑，工程是合理的。