徐繼輝

(龔坊鎮(zhèn)水務(wù)站，江西 撫州 344307)

1 水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)原則

從水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的角度來(lái)講，水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)需要遵循以下原則：

(1)必須從提高水庫(kù)單位有效灌溉面積入手，才能確保水庫(kù)能夠有充足的水資源供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)灌溉用水單位效益最大化。

(2)必須堅(jiān)持因地制宜原則，結(jié)合水庫(kù)所在區(qū)域?qū)嶋H情況，注重排水和防洪相結(jié)合，才能最大限度地減輕由于洪澇災(zāi)害或旱災(zāi)給當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失。

(3)結(jié)合水庫(kù)預(yù)期建設(shè)目標(biāo)及水庫(kù)灌溉效益來(lái)綜合比較多種方案,選擇最合適的渠道設(shè)計(jì)方案。

(4)密切結(jié)合當(dāng)?shù)厮?guī)劃方案，追求長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，實(shí)現(xiàn)水資源的合理利用。

(5)水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)并不是單一的個(gè)體，必須要密切結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，如密切結(jié)合防洪體系，確?？梢酝ㄟ^(guò)水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)來(lái)解決當(dāng)?shù)睾闈?、灌溉需求等?wèn)題。

2 基于水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)

2.1 案例概況和渠道設(shè)計(jì)的必要性

本文選擇的案例為樂(lè)安縣龔坊鎮(zhèn)浯塘村甲山山塘水庫(kù)，壩址以上集雨面積0.06 km2，山塘正常水位87.89 m(假設(shè)高程，下同)，正常容積3.4萬(wàn)m3，總?cè)莘e3.8萬(wàn)m3；灌溉農(nóng)田面積20 hm2?，F(xiàn)狀工程樞紐建筑物包括大壩1座，輸水涵管1座，溢洪道1座。該山塘大壩壩面和壩腳目前無(wú)排水設(shè)施，溢洪道斷面相對(duì)較小，淤塞現(xiàn)象比較嚴(yán)重，放水設(shè)施為位于大壩左側(cè)的φ30鋼筋混凝土圓管[1-2]。

由于該山塘長(zhǎng)期缺乏管理，且多年未進(jìn)行過(guò)加固處理，所以存在很多安全隱患，如水位監(jiān)測(cè)、其他監(jiān)測(cè)設(shè)備以及管理房均相對(duì)缺失，且水庫(kù)在運(yùn)行期間還伴有滲漏問(wèn)題。表1為該山塘工程目前的綜合評(píng)價(jià)報(bào)告，表2為從安全評(píng)價(jià)的角度分析水庫(kù)不同結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。

表1 甲山山塘綜合評(píng)價(jià)報(bào)告

表2 安全評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題

綜合分析以上因素，為了消除安全隱患，提高蓄水能力，滿足灌溉和防洪等需求，必須對(duì)水庫(kù)進(jìn)行渠道設(shè)計(jì)。通過(guò)水庫(kù)渠道設(shè)計(jì),在滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，保證溢洪道泄水暢通[3]。

2.2 水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)

(1)水庫(kù)渠道路線設(shè)計(jì)規(guī)劃。按照水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，在對(duì)該水庫(kù)渠道進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃的過(guò)程中必須要有明確的渠道線路規(guī)劃思路，具體來(lái)講：

一是要依據(jù)下游灌溉區(qū)需求，將水庫(kù)渠道盡可能設(shè)計(jì)在脊線位置，這樣可以最大限度地提高水庫(kù)自流灌溉面積。

二是要根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件，在進(jìn)行線路規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能避開(kāi)不良地質(zhì)，提升水流效果，同時(shí)也可以降低工程成本。

三是盡可能保證渠道設(shè)計(jì)與道路、河流等正交，這樣可以更好的控制渠系建筑物的長(zhǎng)度。

四是渠道設(shè)計(jì)密切結(jié)合區(qū)域防洪系統(tǒng)。

綜合以上原則，在對(duì)該山塘進(jìn)行渠道設(shè)計(jì)時(shí)，水庫(kù)渠道線路規(guī)劃可以在現(xiàn)有工程設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行。在此之前，需要對(duì)壩體進(jìn)行綜合整治，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行溢洪道、涵管等整治設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮溢洪道和涵管的作用，在滿足農(nóng)業(yè)灌溉需求基礎(chǔ)上達(dá)到最理想的效果[4]。

(2)確定水庫(kù)渠道流量。甲山山塘水庫(kù)的灌溉面積為20 hm2，按照水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，在進(jìn)行渠道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)水庫(kù)灌溉面積來(lái)確定，通過(guò)增加系數(shù)選取要求的方法來(lái)確定水庫(kù)起到的加大流量系統(tǒng)和最小流量系數(shù)，通常最小流量應(yīng)嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)水深的70%以內(nèi)，在具體的設(shè)計(jì)施工操作過(guò)程中，要嚴(yán)格按照水文所提供的不同渠道引用流量來(lái)確定加大流量和最小流量等，這樣可以保證渠道流量達(dá)到最理想的狀態(tài)。由于該山塘所在區(qū)域?yàn)棰魠^(qū)，集雨面積為0.06 km2，洪水頻率2%，查表可得洪峰流量Qm=10.58 m3/s,洪水總量Wi=6.0萬(wàn)m3。渠道設(shè)計(jì)寬度為2 m，水庫(kù)最小流量約1.2 m3/s。

(3)渠道縱坡和糙率設(shè)計(jì)。水利工程項(xiàng)目中，按照水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)時(shí)，尤其是渠道橫斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮灌溉面分布高程的問(wèn)題，所以在對(duì)渠道縱坡進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要嚴(yán)格按照水庫(kù)工程規(guī)模來(lái)確定高程。

結(jié)合水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和該工程水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)要求，首先在進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能地確保坡面放緩設(shè)計(jì)，這樣可以避免水頭大量損失，同時(shí)還能兼顧到渠尾的灌溉需求；其次對(duì)于坡度相對(duì)較陡的渠道段，在進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中要盡可能做好放坡設(shè)計(jì)，同時(shí)要控制開(kāi)土方開(kāi)挖量。

綜合以上要求和設(shè)計(jì)原則，根據(jù)水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)施工的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件，同時(shí)兼顧水利工程灌區(qū)渠道容易出現(xiàn)沖刷的現(xiàn)象，在渠道設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到比降和壩坡要求,做好逐級(jí)規(guī)劃，如表3。綜合以上因素，該工程水庫(kù)干渠的縱坡為1/2000，支渠縱坡為1/1000，渠道均采用混凝土防滲結(jié)構(gòu)，水庫(kù)渠道糙率為0.015。

表3 壩坡要求

(4)水庫(kù)渠道斷面設(shè)計(jì)。該山塘的主要作用是用于下游20 hm2農(nóng)田灌溉，根據(jù)農(nóng)田灌溉的需求、特征以及具體參數(shù)設(shè)計(jì)，水庫(kù)斷面設(shè)計(jì)采用矩形斷面，并按照水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求來(lái)確定關(guān)鍵參數(shù)。

水庫(kù)渠道均勻流量計(jì)算如式(1)：

(1)

式中：Q為水庫(kù)渠道的設(shè)計(jì)流量，m3/s；A為水庫(kù)渠道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；i為渠道縱坡；n為渠道的糙率系數(shù)。

按照式(1)，結(jié)合《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50288—2018)相關(guān)規(guī)定，在加大流量30%之后的水深25%基礎(chǔ)上加上0.2 m得出。

水庫(kù)渠道斷面施工過(guò)程中要選擇合適的原材料，同時(shí)要盡可能地保留水庫(kù)渠道沿線原有的地質(zhì)特征，可以從當(dāng)?shù)剡x擇天然的建筑材料，如砂礫石料、塊石料。在進(jìn)行工程加固和防滲加固時(shí)，可以使用壩址附近山體，對(duì)于渠道土基段、墻體、底板，使用C15毛石混凝土砌筑，這樣可以大幅度提升防滲效果，同時(shí)使用F50W4混凝土進(jìn)行防滲加固，在渠道中每隔7.0 m位置設(shè)置一條橫向縫。

(5)渠道陡坡路段處理。水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要注意坡度對(duì)于渠道的影響，如果使用傳統(tǒng)的渠道設(shè)計(jì)方法必然會(huì)增加工程量，并且渠道水流量效果也無(wú)法得到保證，所以結(jié)合該工程地形特點(diǎn)，有針對(duì)性地結(jié)合陡坡地段特點(diǎn)進(jìn)行處理。水庫(kù)干渠設(shè)計(jì)確定渠頂寬度為0.5 m，在這種條件下如果出現(xiàn)陡坡，渠道外側(cè)無(wú)法通行，勢(shì)必會(huì)增加渠道管理的難度，因此在設(shè)計(jì)中使用C25鋼筋混凝土蓋板進(jìn)行覆蓋，既可以保證水流暢通，還能夠降低后期的管理工作，避免坡面太陡導(dǎo)致物體墜落破壞渠道的現(xiàn)象。

同時(shí)考慮到該山塘壩坡不規(guī)整，上下游壩坡均相對(duì)較陡，且沒(méi)有進(jìn)行護(hù)坡處理，所以在進(jìn)行水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要對(duì)現(xiàn)有的溢洪道進(jìn)行整治。該山塘初步確定溢洪道堰頂高程為87.89 m，滿庫(kù)時(shí)壩前水面寬度經(jīng)測(cè)量為63.00 m，溢洪道堰頂至壩頂水深為1.27 m，滿庫(kù)時(shí)水面長(zhǎng)度經(jīng)測(cè)量為153.00 m，經(jīng)計(jì)算，溢洪道設(shè)計(jì)寬度應(yīng)為2.00 m，根據(jù)《江西省塘壩除險(xiǎn)整治指南》，加固后溢洪道寬度滿足泄洪要求，但是需要對(duì)溢洪道底板以及邊墻進(jìn)行襯砌加固處理。溢洪道新建邊墻及底板襯砌，底板高程為87.79～87.39 m，長(zhǎng)18.00 m，寬2.00 m，厚0.20 m；兩側(cè)邊墻高1.00 m，墻頂寬0.50 m,下設(shè)0.10 m厚C15混凝土墊層；其后按底寬1.00 m，兩側(cè)邊坡坡比1∶0.75開(kāi)挖，與下游渠道銜接。

3 結(jié) 論

水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)必須要結(jié)合水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)的水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)施工能夠有效調(diào)節(jié)用水資源的分布，有利于區(qū)域農(nóng)業(yè)灌溉。在進(jìn)行水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)時(shí)，要充分結(jié)合水庫(kù)所在區(qū)域的地質(zhì)、水文等環(huán)境，以提高單位水利有效灌溉面積的原則，最大限度地減輕和預(yù)防洪澇災(zāi)害給下游農(nóng)田造成的損失，確保農(nóng)田灌溉有充足的水源支持，充分考慮水利設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，切實(shí)保證和提高水庫(kù)渠道設(shè)計(jì)質(zhì)量。