桐柏县旱涝保收高标准农田项目后河灌区设计

□许露予　□杨　辉（河南桐柏县水利局）



桐柏县旱涝保收高标准农田项目后河灌区设计

□许露予□杨辉（河南桐柏县水利局）

摘要：为深入贯彻落实《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》、《中共中央国务院关于切实加强农业基础建设进一步促进农业发展农民增收的若干意见》和中共中央十七大会议有关精神，进一步加强桐柏县小型农田水利基础设施建设，提高农业综合生产能力，改善农民生产条件条件，促进粮食增产和农民增收，桐柏县大力开展旱涝保收高标准农田建设是增加粮食供给、保障国家粮食安全的必要组成部分。

关键词：旱涝保收；灌区；工程设计；布局

1　项目区可供水量分析

后河灌区控制灌溉面积8487 hm2，主要供水水源为后河水库。后河水库位于桐柏县固县镇后河村的石头畈河上，属淮河流域，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等综合利用的小（1）型水库。水库设计洪水标准为30年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。水库坝址以上控制流域面积10.55 km2，总库容478万m3，兴利库容252万m3。后河水库1967年建成，2010年进行除险加固。

2　项目区农田水利设施现状及存在问题

后河灌区设计灌溉面积9000 hm2，目前实际控制灌溉面积8487hm2，主要供水水源为后河水库。后河水库输水洞最大泄洪量2.00 m3/s，洞身为钢筋混凝土无压方涵，洞身长度50 m，宽0.80 m，高1.50 m，闸门为平面铸铁拱形闸门，尺寸为1.20 m×1.20 m。

2011年度工程项目后河灌区建设规模为8487 hm2，范围涉及灌区1条干渠、3条支渠、7条斗渠、142条农渠疏浚、衬砌及渠系建筑物配套工程。后河灌区干渠设计流量0.95 m3/s，比降1/1000～1/2000，梯形断面，长9.64 km，其中混凝土衬砌3200 m，其余为土渠；三条支渠共长4.52 km，除1条支渠在20世纪80年代末用混凝土衬砌外，其它2条均为土渠。由于年久失修、管理不善等，渠道淤积、坍塌、混凝土破损等现象严重；干、支渠系建筑物老化损坏，如干渠的石头畈村3座渡槽，排架沉陷，槽身混凝土老化脱落、钢筋外露锈蚀，早已不能正常通水；现有的几条斗渠全部为土渠，大部分斗农渠已毁坏，渠系建筑物绝大部分未进行配套或配套标准偏低。

后河灌区干支渠工程现状情况详见表1。

表1　后河灌区干支渠工程现状情况表

后河灌区现有水闸5座，已经损坏无法使用，详见表2。

表2　后河灌区干支渠水闸工程现状情况表

后河灌区干支渠现有生产桥5座，原建设标准低，损坏严重，随着现代农业的发展，原有生产桥无法满足机械化生产需要。

后河灌区现有渡槽3座，槽身为钢筋混凝土结构，受当时经济条件限制，建设标准普遍偏低，现状槽身混凝土老化脱落、钢筋外露锈蚀，排架倾斜，原有防渗设施几乎报废，渗漏严重。工程现状情况详见表3。

表3　后河灌区干支渠渡槽工程现状情况表

3　项目建设目标

后河水库灌区：建设旱涝保收高标准农田8487 hm2，工程实施后新增有效灌溉面积5941 hm2，改善有效灌溉面积2546 hm2，其中新增节水灌溉面积6365 hm2。主要建设内容为整修衬砌渠道77.84 km，其中整修衬砌干渠1条，长9635 m，支渠3条，长4516 m,斗渠7条，长7076 m，农渠142条，长56608 m；新建重建渠系建筑物202座，其中闸5座，渡槽3座，斗农门149座，桥20座，涵25座，跌水104座。

4　项目建设及布局

后河水库灌区建设旱涝保收高标准农田8487 hm2，工程实施后新增有效灌溉面积5941 hm2，改善有效灌溉面积2546 hm2，其中新增节水灌溉面积6365 hm2。主要建设项目为后河水库灌区的渠道整修衬砌及渠系建筑物配套，范围涉及固县镇的石头畈、沈楼、黄畈共3个行政村35个自然村。石头畈行政村建设旱涝保收高标准农田4878 hm2，工程实施后新增有效灌溉面积3415 hm2，改善有效灌溉面积1463 hm2，其中新增节水灌溉面积3659 hm2。范围涉及胡庄、代庄、吴庄、黄王庄、东湾、刘庄、柿子园、碾子庄、朱庄、河东、枣树庄、徐庄、小寨、庙湾、大地、老岗、石北、石南、火色庄等19个自然村；沈楼行政村建设旱涝保收高标准农田1677 hm2，工程实施后新增有效灌溉面积1174 hm2，改善有效灌溉面积503 hm2，其中新增节水灌溉面积1258 hm2。范围涉及徐小庄、马岭、新庄、唐东、唐西、坡头、泥冲等7个自然村组；黄畈行政村建设旱涝保收高标准农田1932 hm2，工程实施后新增有效灌溉面积1352 hm2，改善有效灌溉面积580 hm2，其中新增节水灌溉面积1449 hm2。范围涉及包括杏东、杏西、下南、下北、前东、前西、刘东、黄南、黄中等9个自然村组。

5　工程设计

5.1渠道设计

后河灌区设计灌溉面积8487 hm2。灌区渠道淤积、坍塌等现象严重，本次典型设计拟对后河灌区干渠、支渠、斗渠、农渠进行疏浚并采用混凝土全断面衬砌，以实现节水灌溉。

5.1.1渠道设计流量的计算

根据桐柏县农田水利建设总体规划和相关工程设计要求，干、支渠实行续灌，斗渠采用轮灌。轮灌一般分两个轮灌组。设计流量计算公式：

式中：Qn—灌溉渠道的设计流量（m3/s）；N—该渠道轮灌组数；—该渠道轮灌组平均灌溉面积（万hm2）；ηn—该级渠道轮灌至田间的灌溉水利用系数。

5.1.2渠道横断面设计

根据当地土壤条件和节约耕地的需要，干、支、斗渠采用矩形或梯形断面，并进行混凝土全断面衬砌。渠道横断面设计按照明渠均匀流公式计算：

式中：Q—渠道设计流量，m3/s；A—渠道过水面积，m2；C—谢才系数；R—水力半径，m；i—渠道比降。C—谢才系数，按曼宁公式计算：

其中：n—渠床糙率系数，取n=1.50×10-2。

有关参数选择：①边坡：在满足渠道过流能力的条件下，原则上保持现有边坡系数不变。②渠道比降：由于本次工程是原工程的配套，因此本设计保持原设计比降不变。③糙率：混凝土渠道n=1.50×10-2。④超高：渠道岸顶超高以加大流量水深按下式计算。

式中：Fb－岸顶超高，m；hb－渠道通过加大流量时的水深，m；Δh－渠道岸顶超高，m。

5.1.3渠道纵断面设计

由于工程是灌区配套改造，且渠道经过多年的运行，目前不存在制约灌区引水的水位问题。为了保证渠道所控制的灌溉面积都能进行自流灌溉，规划时根据原渠道沿线实际地面坡度、下级渠道分水点水位的要求、渠床土质、设计流量等因素综合确定。

5.1.4渠道衬砌结构设计

后河灌区干渠原渠道坍塌毁坏严重，输水效率低下。为提高灌溉水利用率，结合原渠道现状，本次工程干渠采用预制混凝土U型渠全断面衬砌，U型渠壁厚10 cm；支、斗渠采用梯形断面混凝土衬砌，衬砌厚8 cm；农渠采用预制U型断面，厚7 cm。渠顶上部设C20混凝土压顶，压顶宽度30 cm，厚度8 cm。沿渠道纵向每隔6 m设一伸缩缝，缝宽2 cm。缝内填充闭孔低发泡沫板。

5.2水闸设计

5.2.1闸门水力设计复核

水闸的水力计算按淹没、非淹没宽顶堰计算过流能力确定闸孔宽度，并对闸后消能防冲进行计算，使过闸水流能与下游渠道平顺连接，避免造成冲刷。

5.2.1.1闸孔净宽度计算

式中：B0—闸孔总净宽，m；Q—过闸流量，m3/s；H0—计入行进流速水头的堰上水深，m；g—重力加速度；m—堰流流量系数，可采用0.39；ε—堰流侧收缩系数，可根据情况选用相应侧收缩系数计算；b0—闸孔净宽，m；bs—上游渠道一半水深处的宽度，m；N—闸孔数；εz—中闸孔侧收缩系数；dz—中闸墩宽度，m；εb—边闸孔侧收缩系数；bb—边闸墩顺水流向边缘

至上游河道水边线之间的距离，m；σ—堰流淹没系数，按照水闸设计规范表A.0.1-2选用；hs—由堰顶算起的下游水深，m；

5.2.2启门力计算

闸门设计主要是在原有基础上的设备更新和维修，本次设计只安排启闭机更换及相关设备的更新。

5.2.2.1启门力按下式计算

式中：FQ—启门力，kN；nT—摩擦阻力的安全系数，取1.2；Tzd—支承摩擦力，Tzd=fzP；fz—滑动支承摩擦系数，取0.65；P—闸门上的总水压力，kN；Tzs—止水摩擦阻力，Tzs=fsPzs；fs—止水与止水座的滑动支承摩擦系数，取0.65；Pzs—作用在止水上的水压力，可从侧止水和底止水的总长度乘以止水橡胶作用的宽度，再乘以平均水压力得出，kN；nG—计算启门力和持住力的门重修正系数，取1.1；G—闸门活动部分的自重，kN；Ws—作用在闸门上的水柱压力，kN；

5.2.2.2闭门力按下式计算

式中：FW—闭门力，t；nG—计算闭门力的门重修正系数，取0.90。6结论

通过实施旱涝保收高标准农田建设，桐柏县农业生产条件明显改善：实现了节水增效，促进了农业种植结构调整，传统农业开始向高附加值现代农业转变。基本实现“旱能灌、涝能排”，达到农业生产条件明显改善、农业综合生产能力明显提高、抗御自然灾害能力明显增强的效果；力争通过旱涝保收高标准农田建设，从根本上解决农田水利建设长期以来存在的“投入少、项目散、发展慢”问题。

（责任编辑：左英勇）

收稿日期：2016-02-02

作者简介：许露予（1986-），女，工程师，主要从事水利工程施工与工程管理工作。

中图分类号：S28

文献标识码：B

文章编号：1673-8853（2016）03-0038-03