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1、灌区续建配套与节水改造渠道设计方案优化龟石灌区位于广西东北部，地处广西贺州市钟山县、八步区境内。是以龟石水库为主，12个中小型水库、3处引水工程、16处提水工程为辅的“长藤结瓜”型灌区，设计灌溉面积为万亩。渠道设计流量：/s，渠道为45级建筑物，附属建筑物按过流流量分别定为45级。由于原设计标准低，渠系建筑物配套不全，工程老化，破损严重，1998年灌区实际灌溉面积仅为万亩，灌区抗旱能力不高，灌溉保证率低，灌区效益未能充分发挥。经过四十多年的冲刷与渗漏，造成现渠道边坡不稳定、渗漏孔洞多，渠道水利用系数较低，已严重影响农田灌溉。为解决渠道渗漏及抗冲能力差的问题，必须采取防渗衬砌措施，以达到节水，提
2、高渠道水利用系数，提高水资源的综合利用价值。工程任务是根据渠道现状，主要对现渠道断面进行清淤、放坡、衬砌，以满足过流能力。在原有的渠系基础上进行续建配套与节水改造，依此，渠系工程布置按以下原则设计：保持原渠线，局部过于弯曲处适当栽弯取直；在弯道段，如弯道曲率小于5倍水面宽度时，采取顺凸岸渐变横向降坡的方法；在不改变渠道过水断面的情况下，通过渠道防渗技术措施，提高渠道输水能力；力求上下断面连接顺畅，水流流态好；尽量节省工程投资，少占耕地；确保工程安全，运行可靠。横断面设计渠道断面设计的关键是确定符合要求的断面尺寸，即定出断面形状、底宽b及正常水深h。断面形状与湿周有关，在面积相等的几何图形中，周
3、长短的湿周小，半圆形断面渠道比矩形断面渠道湿周小。在其它条件相同情况下，半圆形断面比矩形断面过流能力大，梯形断面湿周及过流能力介于半圆与矩形之间。梯形渠道对地质条件有很好的适性，边坡系数m可以根据地质条件及衬砌型式调整。在该工程设计中尽量采用梯形断面，渠道改造边坡系数保持同原渠道基本一致，因渠道经历长时间考验，不稳定部分逐步被冲刷、滑塌掉，现状渠道边坡趋于自稳状态。设计中小流量渠道及支渠尾部适当采用矩形断面，减小过水面积，抬高过水水深，以满足灌溉要求。渠道宽深比a选择，原则上应按水力最优断面进行设计，使土石方量和衬砌工程量最小。水力最优断面具有比较窄深的特点，当用于较大渠道时，开挖超过一定深度
4、，施工就很困难。所以像干渠这种大渠道尽量选取较为宽浅的断面，使宽深比aa最优。但对山坡较陡的盘山渠道，为了避免过大的劈山土石方量，按水力最优断面进行设计，采用较为窄深式断面。断面形状参数计算，渠道断面不变的渠道各水力要素按明渠均匀流公式计算，拟定几组断面尺寸进行试算，渐变段按明槽恒定渐变流公式计算，计算公式分别如下：1）明渠均匀流公式渠道超高分别按土石坝公式和灌溉与排水工程设计规范中渠顶超高公式计算，选取狮洞干渠11+183断面计算，计算公式如下：规范公式计算的渠道超高值大，且超高基面较高。根据龟石灌区多年的运行情况，避免渠道挖方或回填太多，并适当预留山区渠道行洪高度，拟定西田口引水渠、西干渠
5、、狮洞干渠及黄田支渠超高，拟定东五支渠、东六支渠超高，拟定东二支渠、东四支渠超高，超高基面为渠道正常水面。这与按土石坝公式计算的渠道超高基本相同。纵断面设计渠道断面设计关键在于确定渠道纵坡i。从明渠均匀流公式可知，当渠道设计流量一定时，如果选择较大的渠道纵坡，可以减小断面尺寸，但会引起控制面积减小，流速加快，可能引起渠道冲刷。反之，如果选择较小的纵坡，就要增加断面尺寸，控制面积可以增大，但要增加工程量，而且在地面坡度较陡的地段，需要修建较多的联接建筑物，增加工程投资。影响渠道纵坡的因素很多，如灌区地形、地质和土壤条件，渠中水流含沙量，以及渠道设计流量大小等。因此应考虑主要问题，兼顾次要问题。如
6、含沙量大时，应着重考虑泥沙淤积问题，选择较大纵坡，避免渠道淤积。又如，要求渠道能自流控制较大的面积时，应选小一些的纵坡。此外，为了避免修筑过多的建筑物，渠道纵坡还应与地形坡度相适应。龟石灌区渠道含沙量不大，渠道断面采用砼或石料衬砌后，渠道的设计流速易满足不冲不淤条件，应着重考虑节省工程量问题。设计时尽量顺着原来的纵坡，并兼顾做到纵坡统一，干渠力求一坡到底，支渠纵坡种类宜少不宜多，地形急剧变化段修建必要的联接建筑物，如跌水或陡坡，避免出现大量深挖高填情况。当不同坡比之间优缺点比较困难，难于选择最优坡比时，应拟定几个纵坡坡比，进行工程量、投资比较，选出最优坡比。根据龟石灌区的总体规划及灌溉与排水工
7、程设计规范，龟石灌区渠系水利用系数必须达以上，渠道的允许最大渗漏量约/(m2d)。根据渠道允许最大渗漏量及衬砌使用年限，对狮洞干渠11+183断面我们分别选择了浆砌石、浆砌砖衬砌与现浇C15砼衬砌方案比较。通过选择方案比较，现浇混凝土防渗衬砌方案具有投资较省、施工工艺简单、速度快、施工质量易控制、使用寿命长等优点，因此推荐尽量采用C15混凝土对渠道底板、内边坡进行三面衬砌防渗。结合实际情况和经济比较，首先应考虑渠道安全稳定、施工保证上是否可行，若可行应优选选择投资省的衬砌方案。对坡比比较陡段和渠道比较宽的渠段、填方段均选择浆砌石衬砌型式；渠道水深较浅、渠底比较窄的支渠尾段及小渠道选用浆砌砖衬砌；对土渠、傍山渠段渠宽较窄部位及其它情况均采用现浇C15混凝土防渗衬砌。2.质量好缺点 1.投资大 1.只适用低坡段2.投资大 1.养护时间长灌区渠道设计是一个反复试算优化的过程，很多参数要靠设计人员自己拟定，而且参数之间又相互联系，一个参数改变就可能导致其它参数跟着改变。通过合理的选择参数及断面型式可以缩小试算范围，快速选出较优断面，减小设计人员工作量。以上理论经验的应用，在龟石灌区这样的大型灌区上取得了预期效果，多、快、好、省地完成了设计。1GB5028899,灌溉与排水工程设计规范P
