黄竹坪灌区渠系布置及结构设计

宋思亮

（梅州市水利水电勘测设计院有限公司，广东 梅州 514400）

1 工程概况

黄竹坪灌区位于广东省梅州市蕉岭县，为中型灌区，属韩江流域石窟河水系。

黄竹坪灌区设计灌溉面积900 hm2，其中水田720 hm2，旱地180 hm2。结合灌区面积分布，根据《中型灌区续建配套与节水改造项目建设管理办法（试行）》《灌区改造技术标准》的有关规定，设计灌溉面积为666.70 hm2及以上，小于20 000 hm2的灌区为中型灌区，确定黄竹坪灌区为中型灌区。黄竹坪灌区包括南北两个灌区，由1条总干渠，2条干渠（南干渠及北干渠）、若干条支渠及渠系建筑物组成。根据现场查勘，总干渠现状情况较完好。黄竹坪灌区还包含了2座跌水电站，分别为路亭电站和乌土电站。对灌区现状进行分析，一方面计标准低，灌溉保证率不足；建设年代久远，建筑物老化、损坏，渠道渗漏严重；另一方面缺乏有效管理和维护，渠道淤积、堵塞严重，引水效率低。造成枯水年灌区供水不足，大面积农作物缺水，严重影响当地民众的生产和地方经济发展。因此，需要对其进行改造。

2 整体改造方案

此工程改造的主要任务是以现有中型农田水利工程配套、维修、改造为主，根据灌区改造工程建设范围及项目区干部、群众的意愿，并结合灌区现状、存在的问题，合理布局、综合治理，对灌区范围内的农田水利工程进行全线段维修、整治。

3 渠系布置

3.1 总体布置

对现有渠道、闸门进行维修加固整治，完善灌排渠系。渠道根据项目区的自然地理地形条件，因地制宜，按照现有的渠道走线进行总体布置，对现状较好段进行清淤及重新浇筑底板处理，质量较差段选用现浇钢筋混凝土对渠道进行改造加固，从保障改造效果的角度，对所有渠道进行混凝土浇筑，渠道采用75#浆砌石进行衬砌，加1∶2水泥砂浆进行振捣或采用200#混凝土浇筑。对改造后渠道过流能力进行复核，经复核改造后渠道过流能力结果均满足设计流量。

此次改造工程一共包含了9座迎水坡，其中：乌土电站上游840 m的1座挡水陂，及文福高速出口樟坑水上游6座挡水陂需要拆除重建，乌土引水陂和山下引水陂需要加固，同时维修重建干渠与支渠，渠道按现状渠道走线布置，维修重建渠道18.46 km，并对现状较破损的渠系建筑物进行维修或拆除重建。

3.2 渠首布置

此工程对黄竹坪灌区君坑里2座引水陂进行加固处理，对乌土引水陂和山下2座引水陂进行加固处理，保证灌区补充水源取水点持续供水。渠首工程主要有拦河挡水陂、进水闸和冲砂闸。挡水陂设计为C20混凝土，陂体高度5 m，基础埋深2 m，顶宽3 m，上游面铅直，下游溢流面坡比1∶1.50，顶部为圆弧，弧半径2 m，下部为反弧，弧半径5 m，陂体底部宽9.80 m，垂直水流方向长10 m。在挡水陂一侧布置进水闸和冲砂闸，进水闸孔口尺寸为：1 500 m×1 000 m，冲砂闸孔口尺寸为：1 500 m×1 500 m，进水闸和冲砂闸采用铸铁闸门，配螺杆启闭机，进水闸后布置引水渠引水至灌溉渠道，引水渠尺寸为：1 500 m×1 000 m，长10 m。挡水陂上游两侧布置C20混凝土导墙，长10 m，墙4.50 m，墙顶高出陂顶1 m。挡水陂下游布置消力池，池长10 m，池深0.50 m，底板采用C20混凝土，厚0.60 m，两侧布置C20混凝土边墙，墙4.50 m，长10 m。

3.3 渠道布置

对现有灌区渠道情况进行分析，工程设计标准低，枯水年不能满足灌区灌溉用水要求，渠首库区淤积严重，大量淤砂随水流进入渠道，造成渠道进一步淤积、堵塞，结构老化严重，破损、裂缝、渗漏、存在安全隐患。渠道淤积、堵塞、渗漏严重，衬砌率低，边坡过陡，易坍塌阻塞，断面偏小，过流能力不足。因此，需要重新做好灌区设计工作。

一是纵断面设计。黄竹坪灌区渠道建成已运行达几十年，如果调整渠道纵坡，将给渠道水面衔接带来困难，并会显著增加工程量，还可能增加渠道永久占地。经现场实测渠道纵坡降，经分析计算确定渠道基本维持原比降，不宜做调整。由于灌区战线较长，纵断面设计分段进行，渠道纵坡比为1∶2 000。

二是横断面设计。在原有渠道的基础上进行改造，渠道宽度应结合现状渠道断面的改造和整治，考虑工程管理、维护需要，渠道一侧布置管理道路。对现状无衬砌渠道改造均采用矩形断面，渠道采用C20混凝土衬砌，渠底采用C20混凝土护底。渠道衬砌每10 m设置一道沉降缝，分缝材料采用沥青木板。

三是渠顶宽度设计。为工程管理维护方便，确定沿干渠渠线一侧修建一条工程管理道路，渠道岸顶兼做管理道路，结合黄竹坪灌区现场实际情况，此次工程拟在黄竹坪灌区干渠岸顶新建机耕路5 km，宽2.50 m；新建管护路4 km，宽1.50 m。

四是渠道节水设计。项目区内明渠的渠系水利用系数偏低，渠道渗漏十分严重，水资源没有充分利用。针对渠道目前存在的问题，节水改造措施主要包括：续建原有渠道、将土质渠道进行“三面光”防渗漏处理等，可大幅减少渗漏损失，可大大提高灌溉水利用系数，使项目区耕地作物灌溉得到有效保证，有效提高作物产量，以充分发挥耕地效益。另外，项目区内部分干渠已被掩埋，且支渠渠系不够完善，造成部分水田灌溉困难，此次改造工程加大支渠的配套改造，通过完善支渠可增加、恢复和改善灌溉面积，提高水利用系数，从而提高作物产量。

3.4 生态布置

此次设计对普通沟渠与生态沟渠及管道两种灌溉方案进行了对比，生态沟渠灌溉具有直观、运行方便、维护维修简单、运行成本低廉、提升生态景观，有利于水生动植物的生长，较少混凝土的使用，可降低碳的排放和能源的消耗等特点。而管道灌溉可节约土地资源，提高水资源利用率，具有很强的适应性。

此项目拟在灌区南干渠末端修建1 条绿色生态格宾笼渠道，渠道长约110 m，渠道上每50 m布设一个生物通道，除此之外不做其他处理，以最大限度地减少人工干预。

4 渠系建筑物设计

渠系建筑物由重建及维修两部分组成，对于因工程老化，年久失修，带病运行的建筑物，进行维修加固处理，投入正常运用；对于损坏严重，无法维修的建筑物，影响灌区正常运行的进行拆除重建；重建、维修建筑物采用混凝土结构。

4.1 闸门

黄竹坪水库灌区局部闸门由于运行时间较长，闸门表面可见明显生锈痕迹，此工程对闸门进行更换维修，此工程现状渠道老旧控制闸进行维修更换33 扇（南灌区11 扇，北灌区22扇）。水闸采用C25钢筋混凝土，闸室长2.60 m，宽1.50 m，底板厚0.35 m，闸墩高1.00 m，厚0.35 m，门槽布置在闸室中部，闸墩上布置启闭机排架，高1 m，闸门采用钢闸门。

4.2 倒虹吸管

黄竹坪灌区南灌区有一处倒虹吸，倒虹吸位于第三段干渠乌土溪处，倒虹吸管为钢管，管身半径为800 mm，运行时间较长，现状运行正常，但表面见明显生锈痕迹，对其进行除锈后，评估倒虹吸管的性能，满足工作需求的可以继续使用，否则需要更换，复核过流能力，具体公式如下

式中：Q—通过虹吸的流量，m3/s，ω—倒虹吸的断面面积，m2；z—上、下游水位差，m；μ—计入局部损失和沿程摩阻损失的流量系数；g—重力加速度，m/s2。

经计算，μ=0.524，z=1.03，Q=1.18 m3/s，判断倒虹吸满足过流能力。

倒虹吸长800 m，采用Φ800 mm 钢管，管壁厚10 mm，两侧支座采用C20混凝土挡墙，中间支座采用C20混凝土镇墩。

4.3 渡槽

黄竹坪灌区现状有10座渡槽，经过多年运行，渡槽存在漏水，裂缝等现象。故此次拟对10座渡槽进行维修加固或重建。

重建渡槽采用C25钢筋混凝土，长32 m，高9.70 m，设3跨，单跨长8 m，基础采用台阶基础，第1级尺寸为2.80 m×1.90 m×0.50 m，第2级尺寸为2.00 m×1.10 m×0.50 m，基础埋深2.00 m，排架柱尺寸为0.30 m×0.50 m，高6.40 m，框架梁尺寸为0.70 m×0.60 m，长2.20 m，槽体断面为矩形，内尺寸为1.20 m×1.20 m，底板与边墙尺寸为0.30 m。渡槽槽身之间、槽身与渐变段之间布置橡胶止水带。

4.4 涵洞

黄竹坪灌区现状有15座涵洞，经过多年运行，大部分涵洞表面存在裂缝等现象，故此次拟对15 座涵洞进行拆除重建。涵洞采用C25 钢筋混凝土，断面为矩形，内尺寸与重建后的渠道一致，底板与顶板厚0.30 m，边墙厚0.30 m。

5 结论

此项目属社会公益性项目，其有形的或无形的社会及环境效益巨大，工程完成后，将明显减轻洪水对下游保护区内工农业生产和人民生命财产的危害，对区域的社会经济发展将起到极其重要的作用。结合工程实施情况，设计改造目标基本实现，预定功能能够正常运转，后续需要有关部门加强养护管理工作，将灌区及渠系建筑物的功能和价值充分发挥出来。