衡东大浦通用机场排水口与周边村水利设施设计

刘雄杰，袁文涛

（1. 湖南天谷水利电力工程建设有限公司，湖南 衡阳 421400； 2. 衡东县水利局，湖南 衡阳 421400）

在项目区之中，主要运用明渠地面自流灌溉。而就地面灌水而言，通常划分为轮灌以及续灌，其中前者主要应用于面积偏大的灌区，田块多，灌水时间存在着差异；后者则主要运用于灌水时间相同，劳动力少以及流量分散的区域。所以，结合本项目区的具体状况，斗渠设计运用续灌的方式，而农渠设计则运用轮灌的方式，周期定为7 天。

1 灌溉渠道流量计算

1.1 设计典型年项目区毛灌水率（灌水模数）的确定

就自流灌溉而言，它是当前项目区最为常用的一种方式，若通过自流灌溉对典型年份灌溉方式进行设计，则需要全天候不间断地灌水，所以毛灌水率计算公式如下：

式中 q毛——自流灌溉方式下设计毛灌水率（m3/s·hm2）；

a——单位灌水面积（hm2）；

m——灌水定额（灌溉水田取80 m3/亩，旱地取20 m3/亩）；

T——灌水周期（灌溉水田灌水周期为7 天）；

η——灌溉水利用系数（取0.76）。

将相关参数代入，最终得到毛灌率如下：

自流灌溉：q毛=15×1×80/（3 600×24×7×0.76）=0.002 6（m3/s·hm2）

本项目绝大部分规划为灌溉水田，故不计算旱地的毛灌溉率。

1.2 项目区渠道设计流量的计算

式中 Q——设计流量（m3/s）；

A——灌溉面积（hm2）；

q毛——设计毛灌水率（m3/s·hm2）。

本项目区水源较分散，斗渠控制面积较少，为了项目实施时施工的方便，结合当地地形特点在设计渠道断面时将使用较大控制面积值计算斗渠的设计流量。

以新修斗渠Ⅱ-1 为例，其控制面积约为15hm2，则：Q＝q毛A=0.002 6×15=0.039 m3/s

因为农渠采用轮灌灌水方式，灌水周期为3.5 天，而自流灌溉下的毛灌水率是按灌水周期为7 天求得，故计算农渠设计流量采用灌水率为2 倍设计毛灌率。

上述计算出来的流量，是将渠道正常引水作为基础进行获取的。自流灌溉项目区所运用的主要方式，所以需结合灌区气候、面积等变化，适当提升渠道流量，具体需要通过经验值来进行计算。通常情况下，若渠道流量不超过1 m3/s，需提升30%～35%。因为轮灌渠道在控制方面的面积偏小，对此可调剂轮灌组内相关渠道的输水量以及时间，不必提升流量设计[1]。由此可得，若斗渠运用增大流量设计，那么农渠可不运用增大流量设计，

则：新修斗渠Q=（1+30%）Q=1.30×0.039=0.051m3/s。

2 渠道横断面设计

项目区之中涉及到的渠道全部运用现浇混凝土梯形断面，通过明渠进行计算，即：

渠道在断面设计方面运用试算法。

1）渠道纵坡。渠底比降需要向着地面比降靠拢，防止出现深挖高填，与灌溉田块田面高程的情况，本设计取1/1 000～1/2 000。

2）渠床糙率。灌溉渠道通常使用块石进行护砌，这样能够降低渠床糙率，还能增强渠道边坡稳定性。在护砌之后渠床糙率n=0.017。

3）渠边坡系数。项目区在渠道设计方面的流量偏小，为了能够便于施工，全部运用梯形断面，梯形渠道边坡采用m＝0.25。

4）渠道不冲不淤流速。结合试验研究和建成渠道的经验，护砌渠道在不冲流速方面为2.5 m/s，不淤流速为0.3 m/s[2]。就本设计渠道要求而言，需要在流速方面符合不冲不淤的要求。

5）渠堤宽度。为满足生产要求，需将渠堤宽度设置为0.2 m。

6）渠道堤顶超高。由于项目区在渠道设计流量方面偏小，所以堤顶超高取0.15～0.25 m。

新修建的联接渠、排水渠及农渠均采用现浇混凝土，所有渠道每隔6 m 设置宽为20 mm 的伸缩缝，沥青砂板填缝；农渠衬砌厚0.1 m，联接渠及排水渠衬砌厚0.12 m。

3 渠道纵断面设计

要想将自流灌溉应用于渠道涵盖的范围，需要确保各级渠道分水点在水位高程方面的充足性[3]。而在对水位高程进行推算的过程中，需要将地面高程、渠道沿程等水头损失作为基础，如下所示：

式中 B分——分水口要求控制水位高程（m）；

A0——渠道灌溉范围内地面参考点的高程（m）；

h——所选参考点与该处末级固定渠道水面的高差，取0.1 m；

l——各级渠道的长度（m）；

i——各级渠道的比降；

φ——水流通过渠系建筑物的水头损失（m）。确定好各级渠道设计水位后，应立足于水深以及安全超高，制定渠底与渠顶高程。

结合不同类型渠道控制面积对设计流量进行计算，具体成果见表1。

表1 渠道横断面设计成果表

4 新整修塘库设计

4.1 塘坝坝体整修设计

规划区内原浅塘村11 组上保至塘因塘坝年久失修，边坡崩塌，鼠洞较多，塘坝漏水严重，影响下游附近农田耕作，本次除对其清淤外，均对塘坝进行防渗护坡，防渗面板采用厚0.1 m 的C20 混凝土衬砌，护至塘坝顶，顶部封顶板宽0.30 m，厚0.1 m，基础截水墙也采用C20 混凝土现浇，截水墙高0.5 m，宽0.4 m。混凝土砌体每隔6 m 设一伸缩缝，缝宽0.02 m，沥青砂板填缝。

4.2 坝下放水涵管设计

坝下放水涵是方便灌溉放水而设置，涵出口直接与灌溉渠道相连，为保证质量，防止接头过多或地基不均匀沉降使得管身断裂，本设计采用抗拉和抗压较好的PE 管作为放水涵管，放水孔采用分级卧管式布置。坝下涵管设计计算如下：

1）进水口尺寸确定。水流从孔口进入卧管后为明渠流，所以孔口为自由式孔口出流，则每孔通过的流量为：

式中 Q——每个孔口通过的流量（m3/s）；

μ——孔口流量系数，小孔口一般为0.60～0.62，取0.61；

A——每个放水孔的过水断面面积（m2）；

h——孔口以上水深（m），取0.5m。

设孔口直径为0.1 m，计算得每孔通过流量为Q＝0.015 m3/s，按前述渠道灌溉流量计算，此流量可灌溉田50～60 亩，符合要求。

2）卧管尺寸确定。卧管断面形状设计为圆形，管中水流呈无压流形式流动。为了能够实现管内无压流，需按照高于水深3～4 倍的方式对卧管进行设置。同时，就卧管断面尺寸而言，和设计流量（Q）、纵坡（i）之间存在着紧密的联系，在计算时一般是同明渠均匀流公式，如为圆形卧管则按正常水深的40%计算，可按下面简化公式计算，卧管坡度1∶2 时：

式中 d——卧管直径（m）；

Q——设计流量（m3/s），取Q＝0.015 m3/s。

当通过流量为Q＝0.015m3/s 时，d＝0.12m，取0.15m。

3）放水涵管尺寸确定。涵底坡取1/500，属于陡坡，其泄流能力不受洞长影响，按短洞计算，计算公式为：

式中 b——涵洞过水断面宽度（m），当过水断面为非矩形时，b=wk/hk；

hk——临界水深（m）；

wk——相应于hk时的过水断面面积（m2）；

σs——淹没系数；当σs=1 是为自由出流；

H0——涵洞进口断面底板高程起算的上游总水头（m）；

m——流量系数，取为0.35。当通过流量为Q＝0.015 m3/s 时，放水涵管D＝0.2 m。根据以上计算可知放水涵管孔径确定为Φ200PE管，放水孔采用分级卧管式布置，卧管确定用Φ200PVC 管，位置根据实际情况可布置在土坝临水面斜坡上，修建成阶梯式斜卧管，相邻台阶高差0.5 m，每个台阶上设1 个进水孔，孔口按垂直等距离布置，垂距0.5～1.0 m，进水口孔径确定为Φ110PVC 管，平时用木塞封闭，用水时，随水位降落逐级打开，如果要加大放水流量可同时打开2 个进水孔。在卧管最高处离坝顶0.5～0.8 m 的地方设1 个通气孔，卧管下部与涵管进口均与消力池相连。消力池尺寸为1.0 m×1.0 m×1.0 m，侧墙厚0.24 m，内外防水砂浆抹面，钢筋混凝土盖板。

为使地基不均匀沉降导致管身变形，涵管下部设置管座以改善管身受力条件，管座用现浇C20 混凝土，管座与管身的接触面成120°包角。为增长渗径，改变渗流方向，防止沿管壁产生集中渗流，设置混凝土截水环，截水环高0.5 m，厚0.3 m。放水涵管出口设一消力池与灌溉渠道相连，消力池尺寸为1.0 m×1.0 m×1.0 m。

4.3 溢洪道设计

本项目整修的上保至塘均靠近机场的围墙，基本没有集雨面积，要灌满山塘需要在山塘上方修建雨水集中排放出口，所以溢洪道泄洪流量需要根据雨水集中排放出口的出口流量确定。溢洪道采用开敞式正槽溢洪道，控制段与泄槽段边墙均采用页岩砖砌筑，泄槽边墙高0.6 m，底宽0.7 m，底板用C20 混凝土现浇。泄槽布置在塘坝外坡上，在原有渠道与泄槽交叉处修一消力池，消力池尺寸为2.0 m×2.0 m×1.5 m，侧墙厚0.24 m，外露面水泥砂浆抹面。

5 结 语

本文通过对衡东县大浦通用机场建设占用当地水利设施，以及机场建设期间、机场建成后可能影响原有水利设施发挥效益涉及的区域内的农田进行实地踏勘，将记录和搜集的详实资料数据进行及时的整理汇总，在此基础上进行规划设计。