【文章內容簡介】 作為最先調算的蓄水工程，水庫的蒸發(fā)損失，按庫蒸發(fā)觀測資料逐步扣除，水庫滲漏1mm/d計算。某橋水庫灌區(qū)的春灌缺水嚴重，經細分析，春灌期間，主要農作物為小麥和油菜，這些作物對灌水時間的要求不是特別的敏感，根據《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB5028899)小麥的灌水延續(xù)時間最大可達20天，因此，對當年的11月上旬至第二年4月上旬的春灌缺水情況可作適當的調整。本灌區(qū)只考慮夏灌缺水的情況。灌區(qū)的水量平衡各種水平年的缺水情況詳見表41２。根據以上計算、分析，灌區(qū)的不同水平年的水量平衡結果為：在基準水平年2000年，灌區(qū)工程老損嚴重，灌區(qū)發(fā)生缺水年份有15年，%。2010年，隨著灌區(qū)工程的配套與改造， 灌溉管理制度的健全，灌區(qū)發(fā)生缺水破壞年份有14年，%。到水平年2020年，隨著規(guī)劃的全面實施，并且配合相應的非工程性的節(jié)水灌溉措施，則灌區(qū)發(fā)生的缺水破壞的年份減少到8年，%。灌區(qū)不同水平年的供需平衡計算成果詳見表413。某橋水庫灌區(qū)地處我國濕潤地，灌區(qū)內以水稻、小麥、蔬菜等農作物為主，其灌溉保證率可在75~85%之間選取，根據《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB5028899)的規(guī)定，結合本灌區(qū)的具體情況，選定本灌區(qū)的設計灌溉保證率為75%。目前，灌區(qū)的水稻作物的灌溉方式仍采用“淺灌適蓄”的灌溉制度，隨著灌區(qū)的配套與改造和管理水平的逐步提高，灌區(qū)將全面推廣“薄、淺、濕、曬”控制灌溉的灌溉制度。從灌區(qū)的水量平衡成果來看，以灌區(qū)一條總干渠，二條干渠，十二條支渠控制整個灌區(qū)的設計灌溉面積，其灌溉保證率將達到設計要求的75%。設計灌水率是渠道工程設計的依據，應取水源供水有保證，灌溉用水大，符合灌溉保證率標準的某一年，作為設計代表年，根據本灌區(qū)水量平衡分析結果，選取1994為設計灌水率代表，設計代表年的初步灌水率詳見表41４。灌水率按下式計算qik=aimik/qik……第i種作物第k次灌水的灌水率(m3/s/萬畝)mik……第i種作物第k次灌水的灌水定額(m3/s/萬畝)Tik……第i種作物第k次灌水的灌水延續(xù)時間(d)Ai……第i種作物的種植比。(o/2)根據表414可繪出設計代表年初步灌水率示意圖，初步設計的灌水率高低值相差較大，應對其進行修正，修正的方法依據《灌溉與排水工程設計規(guī)劃(GB5028899)》，同時考慮到蔬菜灌溉面積較小，對于不能與其它作物同時灌水不宜合并灌水的部分，則采用當地水源供水，以延續(xù)時間大于15天的最大灌水率作為設計灌水率。，設計灌溉流量為8m3/s，灌區(qū)內配套總干渠一條，東西干渠各一條，支渠12條。從本章表412和表413可見，按現(xiàn)狀實灌面積，渠道工程不配套，輸水緩慢、跑水、建筑物漏水、渠系滲漏嚴重，%，水土資源利用率很低，若經過骨干工程整修配套，，％，通過進一步的對灌區(qū)工程配套加固改造，進行渠道的防滲襯砌，％，從而為灌區(qū)的經濟發(fā)展創(chuàng)“兩高一優(yōu)”農業(yè)奠定堅實的基礎。要實現(xiàn)上述目標，特別要注意各種水資源的聯(lián)合利用，充分合理地利用有限的水資源，強化節(jié)水觀念，以使灌溉水利用系數達到設計要求。根據我省對中型水庫水質普查的成果，大多水庫水體的水質均在II類水體以上，而某橋水庫的庫區(qū)，按水功能區(qū)劃的規(guī)定劃分，屬于II類以上水體的區(qū)域，庫區(qū)植被資源保存良好，沒有工礦企業(yè)的點面污染，沒有大面積的耕地農業(yè)，來水區(qū)面積大，屬于較為優(yōu)良的人畜飲用水源，故完全可以滿足農田灌溉用水要求。5 項目規(guī)劃設計發(fā)展“兩高一優(yōu)”是農業(yè)發(fā)展的必由之路，農業(yè)綜合開發(fā)水利骨干工程的建設是為了實現(xiàn)農業(yè)產業(yè)結構的合理調整，全面推動項目區(qū)的優(yōu)質糧，優(yōu)質棉的生產，走高產高效的生態(tài)農業(yè)之路。“十五”期間，農業(yè)綜合開發(fā)的指導思想是認真貫徹黨中央、國務院關于加強“農業(yè)、農村、農民”的方針和政策，適應農業(yè)發(fā)展新階段的要求，圍繞農業(yè)產業(yè)結構高速繼續(xù)加強農業(yè)基礎設施建設，改善農業(yè)生產基本條件，提高農業(yè)生產綜合生產能力，加強生態(tài)環(huán)境建設，大力發(fā)展優(yōu)質，高產，高效農業(yè)，促進農民收入穩(wěn)步增長。項目區(qū)主要是通過農業(yè)綜合開發(fā)水利骨干工程的建設提高項目區(qū)內的灌溉保證率，提高干支渠渠系水利用系數，節(jié)約水量，增加供水能力，改善和恢復灌溉面積等。根據國家《灌溉與排水工程設計規(guī)范》（GB5028899）規(guī)定，某橋水庫總庫容為3991萬m3，為III等中型水庫，按灌溉流量確定的主干渠區(qū)段的建筑物級別為3級，支渠及以下渠系的建筑物級別4級。項目區(qū)防洪標準按二十年一遇洪水設防，根據項目區(qū)的地理位置，查閱GB1836~2001，1：400萬《中國地震動參數區(qū)劃圖》，該項目區(qū)地震烈度為VI度，按6度設防。（2003）9號文、某省農發(fā)辦鄂水利水函[2003]257號文c.《水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程》（DL502093）d.《水閘設計規(guī)范》SD13384e.《灌溉與排水工程設計規(guī)范》(GB5028899)f.《水力設計手冊》（水利電力部水利水電規(guī)劃設計院編）。某橋水庫于1958年動工興建，1964年竣工，灌區(qū)大部分渠系及其建筑物都是在60年代建設而成的，從整體布置上來看，渠系及其建筑物布置較為合理，渠系的走向與水源點及灌區(qū)的地形特征相吻合，規(guī)?；緷M足原設計的要求。目前，某橋水庫灌區(qū)有主干渠一條，有東西兩條干渠，全長18km，這些渠道將灌區(qū)的引水龍頭工程水庫輸水管﹑小型蓄水工程﹑灌溉湖泊及其他小型補水工程連成一個整體，充分有效地發(fā)揮了灌溉工程的效益。結合灌區(qū)渠系及其建筑物的實際，按照農業(yè)綜合開發(fā)水利骨干工程（重點中型灌區(qū)骨干工程）建設規(guī)劃的要求，本次規(guī)劃基本上維持灌區(qū)現(xiàn)有渠系及其建筑物工程的總體布局，只是進一步調整完善局部工程布置，完善灌排分家，配合節(jié)水技術和措施進行灌區(qū)配套工程的建設。具體情況是：某橋水庫大壩、溢洪道、輸水管及其控制閘門已經過多次的整險加固，目前運行狀態(tài)良好，本次不予考慮。在灌溉系統(tǒng)方面，區(qū)內的一條主干渠及2條干渠，12 條支渠均可自流灌溉，在干支渠上均設有節(jié)制閘、分水口等水工建筑物，這樣的布置有利于灌溉用水的控制調度。但是，由于灌區(qū)渠系及其配套的建筑物均是在60年代修建的，跑水漏水現(xiàn)象十分嚴重，混凝土構件損毀，閘門漏水，嚴重影響了灌區(qū)的正常供水。由于深挖主渠道比較多，有的渠道是由原河道改造的，有的渠道順河而下與地下水交換通道而發(fā)育，而且渠道地處第四系的中壤土上，渠道滲水嚴重，目前，渠系防滲透襯砌是本次規(guī)劃的重點。在排水工程方面，灌區(qū)內有老河溝，原舊有的天然排水網絡，又有西河排洪閘泄洪排水，總體看灌區(qū)的排水溝系發(fā)達，基本上做到了灌排分家，灌區(qū)防洪排水體系完整。在田間工程方面，灌區(qū)田間工程比較落后，存在著灌排渠系不配套，標準低，灌排兼容，因此，本次田間規(guī)劃的重點放在山、水、林、田、路、房統(tǒng)一規(guī)劃布置上，為建設現(xiàn)代化的農業(yè)園區(qū)作好基礎工作。 。渠首引水流量采用以下公式：Q=qA/η式中：Q……渠首引水流量 （m3/s） ；A設……渠系控制灌溉面積（萬畝）；η……灌溉水利用系數，；q……設計灌水率m3/s/萬畝。渠道過流能力采用明渠均勻流公式計算：Ｑ＝AC(Ri)1/2式中：Q……渠道通過流量 （m3/s） ；A……渠道過水斷面面積（m2）；R……水力半徑（m）；C……謝才系數（m1/2/s），C=R1/6/n，n為渠道糙率；i……渠道縱坡。復核結果詳見表5１。復核方法同干渠斷面復核，具體詳見表5２。(節(jié)制閘均為這種型式)Q＝φbh（2g△Z0）1/2式中：φ～流速系數，根據SL265－2001《水閘設計規(guī)范》取φ＝~；b～閘孔總凈寬（m）；h～閘后水深(m)；△Z0～上下游水位差(m)。（分水閘大部分為這種型式）采用《水力計算手冊》有壓流涵管式分水閘的流量公式進行計算，如下：Q＝μcA(2g△z0)1/2式中：μc～流量系數；μc＝１/(Σζiω2/ω2i+Σ（(2gLi)/C2i Ri）(ω2/ω2i)+1－ω2/ω2２） 1/2Σζi～局部水頭損失系Ci計算斷面面積；Li、Ci 、Ri ～分別為管長、計算段水流的謝才系數和水力半徑；ωi～相應于上述ζi和A～涵管出口斷面面積（m2）；△ z0～包括閘前行進流速在內的分水閘進出口水位差(m)；渡槽的復核流量按明渠均勻流公式計算，同干渠渠道斷面復核。具體計算成果見表53《水閘、跌水、渡槽等流量復核表》。通過復核，所有建筑物均滿足過流量要求。對過閘水流，可以從水流所具有的動能和勢能的對比，或從水流的流速與干擾波波速的對比來區(qū)分水流的流態(tài)。這里用佛汝德數Ｆr來判別急流和緩流， Ｆr＝V/(gh)1/2。當Ｆr＜1時，水流為緩流，當Ｆr＞1時，水流為急流，當Ｆr＝1時，水流為臨界流。當水流為緩流時，不會有水躍產生，這時根據流速情況來決定是否需要采取防沖措施。只有當水流為急流時才可能產生水躍，這時必須根據計算的Ｆr大小，和躍后水深hc//與下游水深hs的關系來決定采取相應的消能工。當Ｆr在1～，可能產生波狀水躍、弱水躍和顫動水躍，這幾種水躍消能率都很低，可能引起下游的沖刷。在Ｆr＞9時，產生強水躍，但是流態(tài)洶涌，水面有波浪?！埽苧＜，這是底流式消能比較理想的一種水躍，也是本工程采用的一種。在設計底流式消能工以前，必須先判斷水流銜接狀態(tài)。當hc//≤hs時，在建筑物下游產生臨界水躍和淹沒水躍，建筑物下游就不需要采取工程措施進行消能。當hc//＞hs時，產生遠離式水躍，建筑物下游就要采取工程措施進行消能防沖。我們這里采用底流式消能，利用消力池的挖深強迫水躍發(fā)生在池內，從而形成淹沒出流。計算步驟如下：①令H0＝h(上游水頭)＋V02/(2g)H0，由消力池底板頂面算起的總勢能（m）。②試算收縮水深hc ，hc＝H0－qc2/2gφ2 hc2③計算躍后水深hc//，hc//＝hc((1+8Frc2 )1/2－1)/2(B1/B2)B1，消力池首端寬度（m），B２，消力池末端寬度（m）。④判斷水躍形態(tài)，若hc//＞hs，則要設消力池。其挖深d按下式計算：d＝σhc//－h(huán)s－△Z△Z＝αq c2/2gφ2 hs2－αq c2/2gφ2 hc//2△Z，出池落差（m）。⑤重新計算H0 ， H0＝h +V02/(2g) +d⑥重復②～④的步驟，比較再次計算得到的d與假設d，如果不相等，繼續(xù)試算，直到滿足為止。⑦計算水躍淹沒系數σ，σ＝(hs＋△Z＋d)/ hc//，~。⑧消力池長度Ｌsj按下式計算：Ｌsj＝Ls+βLjLj＝(hc// － hc)式中：Ls，消力池斜坡水平段投影長度（m）；Lj，水躍長度（m）；β，水躍長度修正系數，取β＝~。⑨海漫長度Ｌp計算：Ｌp＝Ks (qs (△Ｈ’))qs，消力池末端單寬流量（m2/s）?！鳎取l孔泄水時的上下游水頭差（m）；Ks，海漫長度計算系數，按〈水閘設計規(guī)范〉采用Ks＝9。各個建筑物消能防沖按上述方法計算，具體見表54《建筑物消能復核計算表》。通過對各個建筑物進行復核，在最不利工況下（開啟閘門時），部分分水閘有水躍產生，但均在閘身內發(fā)生；節(jié)制閘和泄洪閘閘后有水躍發(fā)生，必須修建消能設施。①地質條件根據工程地質勘探資料，灌區(qū)內的涵閘閘址座落在不同土質上（Q4，Q3），主要為粘土和壤土。②滲徑分析采用勃萊法計算滲徑長度Ｌ＝Ｃ△Ｈ式中：C～勃萊系數，粘土，取3；壤土，取5；△Ｈ～上下游水頭差（m）。③閘室穩(wěn)定計算閘室穩(wěn)定計算包括閘室抗滑穩(wěn)定和基底應力兩部分，根據《水閘設計規(guī)范》：。，地基設計承載力[f]＝120～210KPa。閘室抗滑穩(wěn)定按下式計算：Ｋc＝fΣG/ΣP式中：f～基礎底面與地基土的摩擦系數，取f＝～。ΣG～垂直力求和；ΣＰ～水平力求和；抗滑穩(wěn)定計算工況為：涵閘上下游設計水位時?；讘τ嬎?，計算公式如下：最大應力　　　　ρmax＝ΣG/(LB)(1＋6e/B) 最小應力　　　　ρmin＝ΣG/(LB)(1－6e/B) 偏心距　　　　　e ＝Ｂ/2－ΣMB/ΣG式中：B～順水流方向閘室長度；Ｌ～垂直水流方向閘室寬度；MB～各分力對閘室上游底板前趾求矩。基底應力計算工況：１）完建情況（上下游無水）２）設計情況。３）校核情況。各個建筑物的滲流、基底應力及穩(wěn)定分析詳見表55《涵閘閘室穩(wěn)定及基底應力計算成果表》。通過復核所有建筑物均滿足穩(wěn)定要求。：一是滿足設計功能及規(guī)模要求，與原工程有較好的銜接性；二是確保能安全可靠地正常運行；三是方便管理操作和維護；四是盡量采用先進的新材料、新工藝；五是方便施工和操作；六是能保護周邊生態(tài)環(huán)境，不干擾或盡量少干擾社會經濟環(huán)境等，最終達到技術可靠、經濟合理、環(huán)境改善、社會滿意的效果。 本次規(guī)劃主要是解決灌渠水資源浪費問題，提高灌溉保證率，因此，僅對渠道防滲節(jié)水措施進行技術方案比選。防滲襯護的方法很多，如現(xiàn)澆砼、漿砌塊石、漿砌條磚、塑性水泥土及土工膜加砼保護層等。從項目區(qū)土壤構造出發(fā)，結合近幾年渠道防滲與施工的實踐，考慮到工程材料的來源等條件，擬選定現(xiàn)澆砼和漿砌塊石襯護作為本次設計的比較方案。渠道防滲工程設計方案比較表表56 （按10000m2計算）設計 方案襯砌厚度（cm）防滲層面積（m2）主要工程量優(yōu)點缺點土方 （m3）混凝土（m3）漿砌石（m3）現(xiàn)澆 砼防 滲面層101000011001000工程耐久、施工簡單、防滲效果好一次投入較大漿砌塊石防滲面層151000012001500施工技術簡單，工期短，投資小防滲效果差渠道防滲要求防滲效果好，壽命長，施工簡單，根據以上的方案比較，選擇現(xiàn)澆砼渠道防滲方案。