李瑞英

(盤錦市大洼區(qū)水利服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124200)

0 引 言

灌區(qū)內(nèi)配套與節(jié)水改造是進一步提高灌區(qū)項目區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量和調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的有效方法，灌區(qū)內(nèi)干渠由于多年渠道修繕投入不足，工程老化失修、加之項目區(qū)內(nèi)的渠系普遍不配套，骨干輸水渠道又多為土渠，坍塌、淤積堵塞嚴(yán)重，L加上土質(zhì)疏松，滲漏嚴(yán)重，輸水損失大，灌溉水利用系數(shù)偏小，無效耗水大，有限的可供水量不能很好地發(fā)揮作用，加劇了水資源的供需矛盾。因此，進行灌區(qū)改造配套渠道工作，大力推廣節(jié)水技術(shù)措施，提高水利用率，使有限的水資源充分發(fā)揮其應(yīng)有的效益，從根本上解決灌區(qū)缺水問題，是促進整個灌區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的必由之路，不僅是十分必要的，同時也是非常迫切的。灌區(qū)內(nèi)種植結(jié)構(gòu)為小麥、玉米、棉花、蔬菜和水稻，現(xiàn)狀灌排渠渠道行洪斷面不滿足5a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，部分渠段破損及滲漏嚴(yán)重，本次考慮將現(xiàn)狀渠道改造為直斜復(fù)合式襯砌斷面，進行灌排渠道斷面設(shè)計研究[2]。

1 灌排渠工程設(shè)計

1.1 設(shè)計洪水

本次灌排渠治理段為 0+000-1+495，治理河段長1.495km。灌排渠治理設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇，其中：里程0+000-1+041段5a一遇洪水為38.7m3/s，10a一遇洪水為54.5 m3/s；里程1+041-1+495段5a一遇洪水為40.5m3/s，10a一遇洪水為56.8m3/s。。

1.2 治理方案選擇

本次灌排渠治理中橫斷面有矩形斷面、梯形斷面、復(fù)式斷面三種斷面型式選擇[2-3]。方案一矩形斷面占地面積小，砌體工程量較大，投資高，斷面安全、休閑、親水性、美觀性差；方案三梯形斷面護坡，占地面積多，砌體工程量小，水面寬度大，美觀性差，休閑、親水性稍差；方案二復(fù)式斷面占地面積、砌體工程量居中，休閑、親水性強，美觀性好。由于矩形斷面砌體工程量大，投資高，而梯形斷面占地多，綜合考慮到灌排渠兩岸土地資源珍貴，最終選擇橫斷面采用以復(fù)式斷面為主的方案二，5a洪水位以下采用漿砌石護腳，5a一遇洪水位至堤頂采用土堤回填，內(nèi)、外側(cè)堤坡設(shè)計坡比為1∶1.5，局部段采用M7.5漿砌石防洪墻防洪，治理方案比選見圖1[1]。

圖1 治理方案斷面比選

1.3 分段治理方案

根據(jù)治理原則為在保證河道行洪斷面的前提下，少占不占耕地、節(jié)約投資，就地取材，分段確定治理方案。根據(jù)地形地質(zhì)及沿河灘地耕地分布情況，本次治理河段分段情況見表1和表2。

表1 灌排渠工程左、右岸分段治理表

表2 灌排渠治理后水面線成果表

1.4 水面線計算

設(shè)計起始水深采用治理段末端下游河道處控制水深作為水面線計算起始水深。鑒于本次治理段河道斷面無實測水位流量關(guān)系，起始水深采用曼寧公式計算，其中水力要素根據(jù)實際縱橫剖面圖計算[4]，糙率根據(jù)河床組成及岸邊情況選擇主槽糙率為0.030，河道斷面、底坡采用實測地形縱橫剖面圖計算，設(shè)計流量通過工程實測得到。

1)計算原理

本次對現(xiàn)狀河流水面線計算采用水面線計算程序《MIKE 11》進行分析計算，該軟件是由丹麥水利研究所(DHI)研發(fā)，是基于垂向積分的物質(zhì)和動量守恒方程，即一維非恒定流圣維南(Saint-Venant)方程組來模擬河流或河口的水流狀態(tài)。其方程組的具體形式如下[5]：

連續(xù)方程：

(1)

動量方程：

(2)

方程(1)為連續(xù)方程，反映了河道中的水量平衡。方程(2)為動量方程，其中第一項反映某固定點的局地加速度，第二項反映由于流速的空間不均勻引起的對流加速度。前兩場合稱為慣性項。第三項反映了水深的影響，為壓力項。第四項反映了摩阻和底坡的影響。對治理后河道水面線復(fù)核成果見表2。

圖2 灌排渠治理后水面線示意圖

1.5 河堤堤頂超高

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286-2013，堤頂高程為設(shè)計水深加堤頂超高確定。本工程為10a一遇設(shè)計洪峰流量，按天然河道水面曲線計算方法，推求整治河段沿程設(shè)計水面線?？紤]到河道寬度較小，本次不在計算波浪爬高與風(fēng)壅高，取河堤超高為0.3m。

圖3 漿砌石擋墻計算簡圖

2 擋土墻穩(wěn)定分析

設(shè)計灌排渠0+900-1+050段采用M7.5 漿砌石防洪墻防洪，本段防洪墻墻高最高(3.0m)，故取此段防洪墻進行計算。采用理正巖土擋土墻設(shè)計程序，對重式擋墻進行了抗滑、抗傾及地基應(yīng)力計算。

計算采用M7.5漿砌石擋墻，墻后回填土的內(nèi)摩擦角φ=24°，土壤天然容重1.8T/m3，飽和容重1.95T/m3，基礎(chǔ)與地基間的磨擦系數(shù)U=0.4，漿砌石容重2.2T/m3(浮容重1.2 T/m3)。

2.1 計算簡圖

根據(jù)水工設(shè)計斷面形式，采用朗肯土壓力進行計算，根據(jù) GB50286-2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》[6]確定邊坡穩(wěn)定允許安全系數(shù)。

2.2 計算原理

1)計算原理

文章進行擋土墻所受土壓力大小時，按照庫侖理論計算，計算公式如下。

(3)

h0=q/γ

(4)

(5)

(6)

式中：γ為土壤容重，T/m3；δ為土壤與墻背間的摩擦角，°；φ為土壤內(nèi)摩擦角，°。

2)穩(wěn)定計算

擋土墻穩(wěn)定計算包括擋土墻抗滑穩(wěn)定驗算、抗傾覆穩(wěn)定驗算以及基底應(yīng)力驗算，三者的計算公式如下。

滑動穩(wěn)定驗算

(7)

滑動穩(wěn)定驗算

(8)

基底應(yīng)力驗算

(9)

式中：WN為擋土墻重量，kN/m；EN為主動土壓力的豎向分力，kN/m；EX為主動土壓力的水平分力，kN/m；f為基地摩擦系數(shù)，參考規(guī)范取值；ZW、ZEV、ZEX分別為W、EN、EX對O點的力臂，m；B為擋土墻寬度，m。

3)計算成果分析

采用理正巖土擋土墻設(shè)計程序，得到的擋土墻計算結(jié)果見表3。

表3 擋土墻穩(wěn)定計算結(jié)果

經(jīng)計算漿砌石擋墻在完建工況下，抗滑穩(wěn)定系數(shù)和抗傾穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求[2]。

3 結(jié)論及建議

灌區(qū)內(nèi)水資源供需矛盾突出，灌排渠道、管道及配套設(shè)施陳舊、老化及損壞嚴(yán)重，渠道滲漏嚴(yán)重，水資源利用率較低，若新建水源工程需要投入的資金較大，歷史較長，所以中型灌區(qū)內(nèi)進行灌溉配套設(shè)施續(xù)建及改造是行之有效的方法，急需配套、改造渠道以緩解供需水矛盾。該工程于2018年10月進行配套改造施工，2019年2月完工，改造后灌排渠道滿足防洪要求，減少水量滲漏，取得了較好的結(jié)果。