一八四团高标准农田建设渠道工程设计分析

程文坤

(北屯市恒丰勘察设计开发有限责任公司，新疆 北屯 836000)

1　工程概况

本项目为2018年国家农业综合开发高标准农田建设项目，以下简称项目。项目区现状利用耕地面积为390.27 hm2。由于水利工程设施年久失修，导致灌溉水利用率较低，作物产量较低。项目区土地平整，土壤质地好，地势平坦，水资源丰富，集中连片开发潜力较大。

项目区建设混凝土防渗渠道3.40 km及渠系建筑物10座，建设泵站8座，架设10 kV输电线路0.62 km。项目区实施后，渠道全部防渗、加压滴灌全部可以正常运行，减少田间渗漏，将节约的水资源用于项目区生态用水，有利于项目区水资源的可持续利用，有利于项目区经济的可持续发展，符合国家水利和农业可持续发展战略。

2　项目区渠道工程设计分析

2.1　水源

项目区灌溉由龙梁干渠控制灌溉，项目区取水过程为：

2.2　渠道规模确定

项目实施后，项目区灌溉采用加压滴灌，斗渠按滴灌供水渠道计算规模。

Q=10IaA/(ηC)

(1)

式中：Q为渠道的设计流量，m3/s；Ia为设计灌溉补充强度mm/d；η为水利用系数；C为系统每日工作小时数，h；A为灌溉面积，hm2。

通过计算确定四分干5斗渠控制各地块面积及流量，将各地块所需流量累加确定5斗渠设计流量为0.72 m3/s[1]。1分斗渠按照滴灌首部所需流量进行设计。

2.3　渠道断面设计

本工程斗渠改建，为了与原渠道较好衔接，斗渠断面采用与原渠道断面相同型式，渠道为梯形断面，内边坡为1∶1.5，渠道堤顶左岸宽为1.0 m，右岸宽为1.0 m，外边坡为1∶1.5。

2.3.1斗渠断面型式比选

根据一八四团和项目区基本情况以及当地多年渠道防渗情况，本工程斗渠断面型式选用如下两种方案进行比选，方案比选情况见表1。

根据以上分析，U型断面投资小、具有较好的水力条件，但最终确定选用梯型防渗渠。原因是U型渠施工技术相对复杂，施工质量不易控制，运输不方便，在运输过程中损耗较大；一八四团以往做的都是梯型渠，梯型渠施工技术比较成熟，管理技术比较成熟[2]。

表1　斗渠断面型式方案比选表

2.3.2斗渠防渗方式的设计

根据表2分析，考虑到以下几点最终确定选用梯型渠道防渗材料为现浇混凝土板。现浇混凝土水力条件好；现浇混凝土耐久性好，使用年限长；一八四团渠道大多为现浇混凝土板，水管所对现浇混凝土板渠道管理维修经验丰富。

表2　渠道防渗型式方案比选表

2.4　渠道纵断面的设计

根据渠道的设计流量和实地勘测资料，在设计中综合考虑现状渠系高程等条件来控制渠道的纵坡具体有以下几点。延用原渠道高程，做到工程量尽量小，挖填平衡及渠道稳定。最后确定各个渠段水力要素见表3。

表3　渠道水力要素计算表

2.5　渠道边坡、渠顶超高和渠道堤顶宽设计

超高确定依据《灌溉与排水工程设计规范》(GB 50288—1999)[3]中的第6.1.23.6条渠道超高值可采用0.3～0.8 m，5级渠道可适当减小，但不应小于0.1 m。本次设计渠道超高均在0.3～0.1 m之间。渠道内边坡依据《渠道防渗工程技术规范》(GB/T 50600—2010)[4]中规定填方渠道最小边坡系数。土质为砂壤土时，内边坡不易小于1∶1.5，外边坡不易小于1∶1.5。本工程内边坡为1∶1.5，外边坡为1∶1.5。

采用原渠道渠顶宽度，左岸为1.0 m，右岸为1.0 m。

2.6　渠道抗冻胀分析

本地区属严寒地区，在水利工程设计中要考虑建筑物冻融和冻胀问题。本工程由于只考虑夏季农业灌溉，冬季渠道不运行，所以在抗冻设计中只分析渠道冻胀破坏问题。

根据《渠系工程抗冻胀设计规范》[5]中3.3.1的规定“细粒土及粒径小于0.075 mm土粒重量超过土样总重量10%的粗粒土为冻胀性土”，项目区渠道为冻胀性土。

根据《渠系工程抗冻胀设计规范》以及本工程的具体情况，进行渠道的抗冻胀设计[6]，渠道冻胀设计概况见表4。

表4　渠道冻胀设计概况

本工程采用混凝土预制板防渗，根据《渠系工程抗冻胀设计规范》梯形断面混凝土衬砌渠道允许法向位移值为0.5～2.0 cm，对于断面深度小于1.5 m，衬砌板单边尺寸小于2.5 m的渠道，可取大值，计算渠基土冻胀量略大于渠道衬砌结构允许法向位移。由于本项目渠道防渗主要是斗渠，参考一八四团已建工程，渠道需使用换填土，采用砂砾石土进行换填，换填厚度为30 cm。

根据本地区多年来渠道防渗经验，本工程现浇混凝土板设计强度等级取C20，抗冻等级取F150，抗渗等级取W4。现浇混凝土板采用矩形块，横缝间距为4000 mm，板厚80 mm。封顶板强度等级为C20，抗冻等级为F150，尺寸为4000 mm×300 mm。

3　结　论

通过采取水利、农业、科技等综合措施进行高标准农田工程建设，使项目区农业基本生产条件得到了改善，增强了农业生产抵御自然灾害的能力。