水库灌区的渠系布置和渠系建筑物结构设计——以遵义市湄潭县关坎脚水库为例

赵仁露

(安徽理工大学，安徽 淮南 232001)

渠系以及渠系建筑物的设计是水库工程建设过程中需要考虑的重要因素之一，随着我国对生态问题的重视以及农业可持续发展理念的深化，对我国水库灌区灌溉提出了较高的要求。要求能够充分结合工程的地质条件、现有情况等进行设计。

一、水库灌区工程概况

关坎脚水库具有容622万 m3水库总库容、590万 m3正常蓄水位库容，地处湄潭县洗马乡双河村，属于小型水库。工程的主要目的是灌溉，服务于灌区内5 000头牲畜以及4 500口人。具有2.195 m3/s的最大引水流量，能够达到826万 m3灌溉用水、16.6万 m3人饮用水，共计842.6万 m3年总供水量，工程等级为Ⅳ。关坎脚水库灌区属于典型的山区地带，行政地理范围为湄潭县洗马与马山，具有较为深切的河谷。灌区渠道沿着当地山区布置，具有840～945 m高程，为自流灌溉。包括土基、岩基等土层形式，其中土基部分多穿过台地、洼地、槽谷、耕地等，具有洼地、溶蚀峰丛、中低山丘陵、槽谷、等地貌形式。具有硬岩与软岩分布形式，分别占比70 %、30 %。两者相间分布，在渠道布置过程中要求切实结合当地岩层分布情况，有效避免了其中出现一些不良的地质现象。

二、水库灌区工程渠系布置

该水库灌区在渠系布置层面上坚持合理配置、适度开发、注重保护、综合利用、注重节约的设计原则，在制水上坚持先节水、后饮水、先治污、后通水的原则，在进行有效的生态资源保护的基础上进行有效治水。关坎脚水库在渠系布置层面上充分结合当地目前水利设施的建设情况、水土资源的分布情况以及地形地貌特征进行。水库灌区具有2 762 hm2控制灌溉面积，灌区主要包括湄潭县洗马、马山，沿着山系分布情况进行灌溉渠道布置，建立了自流灌溉体系，具有渠高田低的分布特征。在灌区建设过程中充分发挥管道灌溉以及渠道灌溉自身的优势，考虑到水库建设过程中的工程施工情况、水库建设效益以及运行管理等多种层面，干渠输水采取渠道输水方式，运用渠道与管道结合的方式进行支渠设计。

从经济、地质条件以及工程施工难易程度等多个层面进行工程设计与施工，在灌区渠系设计上包括总干渠、洗马干渠、团林干渠。设计与布置较为合理，取得了良好的设计效果。防渗结构设计中要求充分结合当地的自然条件进行，包括地形、气候、地下水、土质等因素，在耐久性、防渗标准、渠道大小以及输水方式的设计上要求能够符合工程设计的要求，考虑到现有地表水、水资源条件以及地下水的实际情况进行渠系规划与设计，充分考虑到多种生态环境因素以及社会经济条件等，包括当地的材料来源、土地利用情况、机械设备的供应情况、能源情况、劳动力情况等，对此进行充分、全面而综合的技术经济论证。

表1 灌溉管道水力计算表

在防渗结构的选择上，要求坚持就地取材、因地制宜的原则，具有良好的防渗漏效果，最大渗漏量应当严格控制在规定数值之内。具有良好的性能，使用寿命较长。具有较强的防淤泥抗冲能力以及输水能力。工程施工操作较为便捷，具有较高的工程施工质量。便于对工程进行维修管理，具有较为合理的价格。设置渠道边坡，采用1∶1的外坡比例，1∶0.5的内坡比例，局部边坡由于倒塌而出现一些变形现象，要求对此进行及时修整。按照《灌溉与排水工程设计规范》中的相关规定设计挖、填方渠道边坡系数以及排水沟边坡系数，要求能够切实符合工程的使用需要。确定防渗衬砌形式与糙率n。本次工程中灌区的渠道经过长久的运用之后均出现不同程度的损坏现象。部分沟渠具有较大的渗漏量，具有较低的渠系水利用系数，要求对这一现象及时改善，对需要改造的渠道进行有效的衬砌处理。可采用现浇混凝土的实施方案。设置15 cm的C20混凝土衬砌厚度。该种形式具有较广的使用范围，具有较好的耐久性，能够达到较好的防虫防渗效果。具有30～50年的使用年限。具有较好的整体性，经久耐用，维修成本较低。

三、水库灌区渠系建筑物结构设计

渠系建筑物结构包括渠道、输水管、隧洞衬砌、灌区倒虹管等的布置。

(一) 设计渠道贵州山区具有较为复杂的地形，要求加强渠道设计，结合渠道的流量设计渠道断面内边坡、纵坡以及糙率等。本次工程施行过程中支渠、团林干渠、总干渠、洗马干渠坡降均设置1∶2 000的比例，运用C15混凝土进行防渗处理，采用n=0.015的渠道糙率。设计2 107 hm2的灌溉面积，结合加大流量设计过水断面的尺寸，要求严格按照《灌溉与排水工程设计规范》中的相关规定进行，设置1.30加大系数，按照续灌方式设计上万亩灌面。最小流量要求按照高于或者等于70 %水深进行。

(二) 设计输水管关坎脚水库灌区工程输水管材可选择UPVC管、玻璃钢夹砂管、PE管、PCCP管、球墨铸铁管、钢管等类型。在具体的设计过程中,要求结合当地的管线布置地质条件以及使用条件设置管道直径等相关数据，同时考虑到管道安装、运行、维护以及多方面的经济性因素，本次工程设计中采用了球墨铸铁管输水方式。首先计算水力。结合《灌溉与排水工程设计规范》中的相关规定进行水力计算。结合管线布置长度与流量，进行水损计算，见下表1。运用球墨铸铁管输水方式，将明管铺设与地下埋管综合运用，埋管埋深要求大于等于0.7m，在农田、道路埋管过程中要求大于等于1.0m，将自动进排气阀布置在管道凸起位置处，将放(排)水阀进行沿线布置，将镇墩布置在管道的纵向转折以及管道平面位置处。

(三) 布置隧洞衬砌隧洞衬砌采用无压隧洞的支护方式，先将III类围岩段开挖成型，III类围岩段运用C15混凝土进行侧墙与底板的衬砌，设置0.2 m厚度，顶拱不用支护。IV类围岩段同样运用C15混凝土进行侧墙与底板的衬砌，设置0.2 m厚度，顶拱以喷C20混凝土进行支护，设置0.1 m厚度，运用沥青砂浆进行缝内填缝。

(四) 布置灌区倒虹管关坎脚水库灌区工程建设中在洗马干渠设置7座倒虹管，团林干渠有14座，共计21座倒虹管。均运用的是预应力钢筋混凝土管。倒虹管指的是工程建设过程中在穿越低洼分水岭、山沟以及河流过程中的建筑物。设计过程中要求综合考虑工程实际难度以及工程所需投资情况，同时充分结合了以往工程的实施情况,在倒虹管的进口位置设置了沉沙池、拦污栅以及闸门。在较为低洼位置处设置冲沙兼放空阀，为了避免出现污物反流回拦污栅现象，要求同时在出口位置设置拦污栅，采用工人直接清洁的清洁方式。采用了渐变段的衔接方式。进口渐变段设置了上游渠道水深的3～5倍，出口渐变段则设置下游水深的4～6倍。将排气阀、自动进阀设置在管道凸起位置处，运用混凝土刚性管座的设计方式。针对低洼地带以及小溪沟采用埋管敷设方式，跨河位置处则采用管桥明管跨越或者浆砌石支墩方式，将支墩基础布置在砂卵砾石层或者基岩之上。严格按照《贵州省小型渠系建筑物定型设计》中的相关规定设计放水冲砂孔、管道接头、进出口的结构型式。