二郎山灌区末级渠系改造设计

杨辉（河南省桐柏县水利局　南阳　474750）

二郎山灌区末级渠系改造设计

杨辉
（河南省桐柏县水利局南阳474750）

二郎山灌区系中型自流灌区，位于桐柏县西北，东起二郎山水库，西至312国道，南以鸿雁河为界，北与唐河县接壤。属长江流域，控制流域面积113.5 km2，建有干渠一条，长21.5km，支渠六条，长40.5km。该灌区是20世纪60年代初“民办公助”共建的，渠系大部分是土渠，经过30多年的运行，工程老化，年久失修，渠道输水能力小，渠道水利用系数低。

灌区渠系末级改造

1　灌区渠系现状

1.1干渠现状

干渠0+000～14+903，渠底宽2.2m，渠深为2m，14+903～21+670渠底宽2.5m，渠深1.6m。干渠共有建筑物130座，10+100以前渠线盘山蜿蜒弯曲，坡水入渠，向渠内排洪严重，10+100～14+903渠线沿泌桐县界行走。其中13+000～13+900渠段跨越泌阳县境，14+903～21+670干渠为宽浅式断面，穿越起伏垄岗，跌水多，斗农渠引水困难，干渠原设计加大流量4.5m3/s，在盘山段最大只能通过2.5m3/s，稍大就会漫堤。这说明渠道比降不合理，输水建筑物过流能力存在严重问题。干渠设置斗农门相当多，管理困难，造成上下游用水矛盾。10+200、10+650处大填方渠段，背水坡两处大滑坡，至今未得到处理，干渠已建排水涵洞，大部分过流能力很低，危及干渠安全。整个干渠大部分渠段虽用素混凝土护坡，但由于衬砌质量差，又未及时维修完善，损坏相当严重，渗漏和冲刷问题并未得到彻底解决。干渠的四里冲渡槽水毁严重，现正组织重修。其他跌水、桥梁和枢纽建筑物也都有不同程度的渗漏现象。再加上输水线路长，冲刷淤积严重，水量的损失极为巨大，进行节水灌溉续建配套已迫在眉睫。

1.2支渠现状

灌区原设计有支渠6条，全长41.525km。其中：一支长5.2km，二支长9.775km，三支长4km，四支长3.9km，五支（现为六支）长6.87km，六支（现为七支）长11.78km，都有不完善的固定渠线。支渠上现有建筑物59座，其中，较完好的12座，全部损坏的3座（跌水），严重阻水的10座（桥梁），不完善的22座（斗、农门），布局不合理的12座（斗、农门）。

支渠工程存在以下问题：①渠线沿制高点布置，形成高水低灌、跌水多；②所有渠线大部分都在胀缩土段；③维持一组一渠、一户一渠、一塘一渠的斗农门特别多，管理困难；④斗农门桥无控制设备；⑤除油田新建桥梁外，所有桥孔都是阻水桥孔；⑥建筑物长期失修，损坏严重；⑦没有统配用水计划，上、下游用水矛盾突出；⑧支渠以下配套渠系很少，大部分是放水串灌；⑨支渠上部分较好的建筑物，调整水力要素后，可利用的不多。以上均说明了支渠浪费水量的严重性。

1.3排水渠系

灌区内沟壑纵横，田块破碎，主要依靠天然河沟作排水渠系，排水顺畅，无排水工程。

2　工程设计

2.1建设标准

二郎山灌区地处淮河流域，属中型灌渠，灌溉设计保证率为75%。排水设计标准：排水标准达到3～5年一遇，建筑物防洪标准达到10年一遇。末级渠系水利用系数达到80%以上。

2.2建设主要内容

斗渠工程：修建斗渠全长38.5km，其中干斗渠整修加固硬化衬砌12.5km；新建支斗渠22km。布置渠系建筑物162座，其中修建闸门32座；交通桥42座；斗农门21座；新建倒虹吸8座，整修加固倒虹吸2座；建跌水6座；建管理房8座，每座40m2；建渡槽1座；建量水槽46座。

农渠工程：修建农渠全长15.9km，其中干农渠整修5.3km；新建支农渠10.6km。布置渠系建筑物90座，其中分水闸28座，交通桥24座，斗农门22座，倒虹吸4座，建跌水12座。

毛渠工程：新建毛渠72条，共28km。布置渠系建筑物30座，其中分水闸12座，交通桥12座，倒虹吸6座。

排水工程：新建斗沟9.6km，农沟10.5km，毛沟6km。

2.3渠系主要设计

2.3.1主要建筑物设计

对渠系建筑物的设计考虑，要从实际情况出发，有利于灌溉，有利于灌区管理，有利于保护渠道，有利于群众生产。在此思想指导下，本着“工程设计简单，易于施工，工程量小，投资少，就地取材，多快好省”的原则布设了闸枢纽，斗农门、交通桥、倒虹吸、渡槽、隧洞及渠道的退水和排水建筑物，使工程达到布局合理、造型美观、经久耐用的目的。针对灌区的排水和退水问题，尽量利用天然河道和现有的蓄水工程，此次规划新建斗沟9.6km，农沟10.5km，毛沟6km。

排水渠系建筑物：主要是各种桥梁。在规划设计中，既有一定的间蹑，又根据实际情况，在村与村之间以及土地插花处适当增设一些生产桥，方便群众生产。

充分利用现有建筑物。该范围内的建筑物，经过输水能力及强度校核，凡符合要求的予以利用，局部不合标准的进行改建，完全不合标准的拆除重建。

建筑物的结构设计。根据山区地形复杂、田场破碎、田间工程分散、体积小等特点，建筑物多采用预制安装，尽量向标准化、系列化方向努力。同时考虑充分利用当地材料，方便施工，降低造价，加快进度。做到经济合理、安全实用、式样美观。

节制闸、泄洪闸均为开敞式，过水断面为矩形，采用混凝土及砌石结构；桥面及启闭梁为钢筋混凝土结构；闸门板宽度大于1m的，采用钢筋混凝土土闸门；宽度小于1m的，采用铸铁闸门，启闭机为手摇杆式。

斗、农门型式，选用涵管式，除管身或盖板、台柱及启用梁为钢筋混凝土结构外，其余部位采用混凝土及浆砌石结构，启闭房为浆砌砖结构。

跌水为开敞的直接式，跌差不大时，各部位采用混凝土结构。

灌溉系统采用平板桥型式：公路桥按汽—10级设计；农拖桥按旧汽—8设计；农汽桥按旧汽—10设计，净宽为4.5m；手拖桥按3.5t大车设计。桥板为钢筋混凝土结构，桥缘及底板为混凝土结构，桥墩为浆砌石结构。排水系统根据不同情况，选择平板桥及拱桥两种型式，平板桥结构与灌溉系统相同，拱桥拱圈为混凝土，墩及护坡人字墙为浆砌石，底板为混凝土。

倒虹工程长度10m，为钢筋混凝土结构，设计流量4m3/s，根据水力计算内径1.6m，应力分析管壁厚0.2m，为了施工的方便，配置了双层钢筋。

2.3.2量水设施结构方案设计

水跃量水槽可用砖、石、混凝土建筑。水跃量水槽的过槽流量可按下式计算：

Q=1.71mBH1.5

式中：B—进口喉道宽度，m；

H—水深，m；

m—流量系数，随喉道宽度而定，用实测方法求得。

流量系数m无实测资料时，可参考下列数值：

B=1.5m，m=0.96；B=2.0m，m=0.98；

B=4.0m，m=0.99。

当实际喉道断面关系与B=H1.5所表示的相差悬殊时，m值应稍减小。

2.3.3典型渠道纵横断面设计

典型渠道纵横断面设计选在位于安棚镇秋树庄村、李荣庄村的四支一斗、二斗。

2.3.4流量及渠道断面设计

根据该灌区的情况，由于灌溉面积不是太大，参数参考有关资料选定，配水不考虑小型工程的调节，按最不利情况由灌区渠道负担，干渠支渠、干斗考虑续灌，支斗采用轮灌，工程设计到斗、农、毛渠，平面布置到农渠。

a.斗、农渠流量设计

采用分组轮灌的办法，共分两轮灌组，只计算设计流量，计算公式如下：

式中：q净—净灌水率，m3/s/万亩；

A组—轮灌组控制面积，万亩；

η—渠系水利系用数，η斗=0.7，η农=0.85。

b.从半斗渠上取水的农毛渠流量

按控制面积的大小进行配水：

式中：A农·毛—某农（毛）渠控制面积，万亩；

A组—轮灌组面积，万亩；

Q组—轮灌组流量，m3/s。

c.灌溉渠道纵横断面的设计

（2）糙率：斗农毛渠混凝土护坡段选用0.017。

（3）比降：从五支口的底板高程点开始，按照“上级渠道的设计水位应高于下级渠道的设计水位”的要求，考虑到沿程及局部水头损失（桥、节制闸的局部水头损失按0.05m，进水闸及渡槽按0.1m计），自上而下控制。

（4）根据灌区内土质选：0.3m3/s=V不淤＜V允许＜V不冲＜0.8m3/s。

（5）边坡：根据灌区土质特性，选为1∶1。

（6）水位推算：按水稻灌溉的要求，按地面灌水深度0.1～0.2m进行推算。

（7）超高：以加大流量的水力计算，确定渠堤的超高，混凝土渠：e=0.1～0.15m。

（8）为方便施工，渠底宽度一般不小于0.3m。

d.排水沟的设计

按规定，关于小面积设计排水模数，在无实测的资料时，利用下式进行计算：

旱地排涝模数：q=R/3.6T·t

式中：q—旱地排涝模数，m3/s/km2；

R—设计径流深，选用平氏水文站实测的径流资料，m；

T—排涝历时，取3d；

t—每天排水时数，取自流排水情况24h。

根据计算，设计成果：利用江河、栗楼河作为排涝斗沟，农沟利用灌区内的天然排水沟，加以疏通整修，使该范围内的毛沟深度不小于0.6m，逐级加深0.2m。

3　结论

二郎山灌区目前的灌溉渠系水利用率平均为55%左右。该项目实施后可达到80%左右，可大大改善该灌区工程运行状况，有效提高灌区水利用率和灌溉保证率，同时也提高了灌区亩均增产值和农民人均增加收入■