基于水利设计标准的水库渠道设计方案分析

徐继辉

(龚坊镇水务站，江西 抚州 344307)

1 水利设计标准下水库渠道设计原则

从水利设计标准的角度来讲，水库渠道设计需要遵循以下原则：

(1)必须从提高水库单位有效灌溉面积入手，才能确保水库能够有充足的水资源供应，实现灌溉用水单位效益最大化。

(2)必须坚持因地制宜原则，结合水库所在区域实际情况，注重排水和防洪相结合，才能最大限度地减轻由于洪涝灾害或旱灾给当地农业生产造成的损失。

(3)结合水库预期建设目标及水库灌溉效益来综合比较多种方案,选择最合适的渠道设计方案。

(4)密切结合当地水利规划方案，追求长远利益，实现水资源的合理利用。

(5)水库渠道设计并不是单一的个体，必须要密切结合当地实际情况，如密切结合防洪体系，确保可以通过水库渠道设计来解决当地洪涝、灌溉需求等问题。

2 基于水利设计标准的水库渠道设计

2.1 案例概况和渠道设计的必要性

本文选择的案例为乐安县龚坊镇浯塘村甲山山塘水库，坝址以上集雨面积0.06 km2，山塘正常水位87.89 m(假设高程，下同)，正常容积3.4万m3，总容积3.8万m3；灌溉农田面积20 hm2。现状工程枢纽建筑物包括大坝1座，输水涵管1座，溢洪道1座。该山塘大坝坝面和坝脚目前无排水设施，溢洪道断面相对较小，淤塞现象比较严重，放水设施为位于大坝左侧的φ30钢筋混凝土圆管[1-2]。

由于该山塘长期缺乏管理，且多年未进行过加固处理，所以存在很多安全隐患，如水位监测、其他监测设备以及管理房均相对缺失，且水库在运行期间还伴有渗漏问题。表1为该山塘工程目前的综合评价报告，表2为从安全评价的角度分析水库不同结构的问题。

表1 甲山山塘综合评价报告

表2 安全评价发现的主要问题

综合分析以上因素，为了消除安全隐患，提高蓄水能力，满足灌溉和防洪等需求，必须对水库进行渠道设计。通过水库渠道设计,在满足防洪标准要求的基础上，保证溢洪道泄水畅通[3]。

2.2 水库渠道设计

(1)水库渠道路线设计规划。按照水利设计标准和水库设计标准要求，在对该水库渠道进行设计规划的过程中必须要有明确的渠道线路规划思路，具体来讲：

一是要依据下游灌溉区需求，将水库渠道尽可能设计在脊线位置，这样可以最大限度地提高水库自流灌溉面积。

二是要根据当地地质条件，在进行线路规划设计时，尽可能避开不良地质，提升水流效果，同时也可以降低工程成本。

三是尽可能保证渠道设计与道路、河流等正交，这样可以更好的控制渠系建筑物的长度。

四是渠道设计密切结合区域防洪系统。

综合以上原则，在对该山塘进行渠道设计时，水库渠道线路规划可以在现有工程设施基础上进行。在此之前，需要对坝体进行综合整治，在此基础上进行溢洪道、涵管等整治设计，充分发挥溢洪道和涵管的作用，在满足农业灌溉需求基础上达到最理想的效果[4]。

(2)确定水库渠道流量。甲山山塘水库的灌溉面积为20 hm2，按照水利设计标准要求，在进行渠道设计时，应根据水库灌溉面积来确定，通过增加系数选取要求的方法来确定水库起到的加大流量系统和最小流量系数，通常最小流量应严格控制在设计水深的70%以内，在具体的设计施工操作过程中，要严格按照水文所提供的不同渠道引用流量来确定加大流量和最小流量等，这样可以保证渠道流量达到最理想的状态。由于该山塘所在区域为Ⅳ区，集雨面积为0.06 km2，洪水频率2%，查表可得洪峰流量Qm=10.58 m3/s,洪水总量Wi=6.0万m3。渠道设计宽度为2 m，水库最小流量约1.2 m3/s。

(3)渠道纵坡和糙率设计。水利工程项目中，按照水利设计标准进行水库渠道设计时，尤其是渠道横断面设计过程中，需要考虑灌溉面分布高程的问题，所以在对渠道纵坡进行设计的过程中，要严格按照水库工程规模来确定高程。

结合水利设计标准和该工程水库渠道设计要求，首先在进行纵坡设计时，要尽可能地确保坡面放缓设计，这样可以避免水头大量损失，同时还能兼顾到渠尾的灌溉需求；其次对于坡度相对较陡的渠道段，在进行纵坡设计和施工过程中要尽可能做好放坡设计，同时要控制开土方开挖量。

综合以上要求和设计原则，根据水库渠道设计施工的技术和经济条件，同时兼顾水利工程灌区渠道容易出现冲刷的现象，在渠道设计时，要考虑到比降和坝坡要求,做好逐级规划，如表3。综合以上因素，该工程水库干渠的纵坡为1/2000，支渠纵坡为1/1000，渠道均采用混凝土防渗结构，水库渠道糙率为0.015。

表3 坝坡要求

(4)水库渠道断面设计。该山塘的主要作用是用于下游20 hm2农田灌溉，根据农田灌溉的需求、特征以及具体参数设计，水库断面设计采用矩形断面，并按照水利设计标准相关要求来确定关键参数。

水库渠道均匀流量计算如式(1)：

(1)

式中：Q为水库渠道的设计流量，m3/s；A为水库渠道过水断面面积；C为谢才系数；R为水力半径，m；i为渠道纵坡；n为渠道的糙率系数。

按照式(1)，结合《灌溉与排水工程设计标准》(GB 50288—2018)相关规定，在加大流量30%之后的水深25%基础上加上0.2 m得出。

水库渠道断面施工过程中要选择合适的原材料，同时要尽可能地保留水库渠道沿线原有的地质特征，可以从当地选择天然的建筑材料，如砂砾石料、块石料。在进行工程加固和防渗加固时，可以使用坝址附近山体，对于渠道土基段、墙体、底板，使用C15毛石混凝土砌筑，这样可以大幅度提升防渗效果，同时使用F50W4混凝土进行防渗加固，在渠道中每隔7.0 m位置设置一条横向缝。

(5)渠道陡坡路段处理。水库渠道设计过程中，必须要注意坡度对于渠道的影响，如果使用传统的渠道设计方法必然会增加工程量，并且渠道水流量效果也无法得到保证，所以结合该工程地形特点，有针对性地结合陡坡地段特点进行处理。水库干渠设计确定渠顶宽度为0.5 m，在这种条件下如果出现陡坡，渠道外侧无法通行，势必会增加渠道管理的难度，因此在设计中使用C25钢筋混凝土盖板进行覆盖，既可以保证水流畅通，还能够降低后期的管理工作，避免坡面太陡导致物体坠落破坏渠道的现象。

同时考虑到该山塘坝坡不规整，上下游坝坡均相对较陡，且没有进行护坡处理，所以在进行水库渠道设计的过程中，还需要对现有的溢洪道进行整治。该山塘初步确定溢洪道堰顶高程为87.89 m，满库时坝前水面宽度经测量为63.00 m，溢洪道堰顶至坝顶水深为1.27 m，满库时水面长度经测量为153.00 m，经计算，溢洪道设计宽度应为2.00 m，根据《江西省塘坝除险整治指南》，加固后溢洪道宽度满足泄洪要求，但是需要对溢洪道底板以及边墙进行衬砌加固处理。溢洪道新建边墙及底板衬砌，底板高程为87.79～87.39 m，长18.00 m，宽2.00 m，厚0.20 m；两侧边墙高1.00 m，墙顶宽0.50 m,下设0.10 m厚C15混凝土垫层；其后按底宽1.00 m，两侧边坡坡比1∶0.75开挖，与下游渠道衔接。

3 结 论

水库渠道设计必须要结合水利设计标准，科学的水库渠道设计施工能够有效调节用水资源的分布，有利于区域农业灌溉。在进行水库渠道设计时，要充分结合水库所在区域的地质、水文等环境，以提高单位水利有效灌溉面积的原则，最大限度地减轻和预防洪涝灾害给下游农田造成的损失，确保农田灌溉有充足的水源支持，充分考虑水利设计标准要求，切实保证和提高水库渠道设计质量。