双牌县泷泊镇、尚仁里乡农田水利工程设计

双牌县泷泊镇、尚仁里乡农田水利工程设计摘 要：本次设计依照农田水利工程设计的基本方法，基本思路，通过对双牌县泷泊镇、尚仁里乡项目区内地形地貌、水文气象、工程地质等资料的收集和勘探分析，充分论证其可行性。运用工程水文学、水力学、管道的有关计算原理，设计出泷泊镇尚仁里乡的土地平整工程、灌溉与排水工程及田间路桥工程，从而解决了泷泊镇、尚仁里乡居民的土地利用问题和农作物供水问题。关键词：水资源平衡分析；土地平整；灌溉排水；田间路桥.Design of Irrigation and Water Conservancy Project in Longbo And Shangrenli Town in Shuangpai CountyAuthor:Huang QingyunTutor:Pei Yi(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The design of irrigation and water conservancy project in accordance with the basic design method,the basic idea.Through putting in the Longbo and Shangrenli town in Shuangpai county project area topography and geomorphology, meteorological and hydrological, engineering geological data collection and analysis of exploration,fully its feasibility.By engineering hydrology, hydraulics, the calculation principle of the pipeline, the design gives land unknotting work, irrigation and drainage engineering and field road &bridge engineering of Longbo and Shangrenli town, so as to solve the Longbo and Shangrenli town residents of land use and crop water supply problem.Key words：Balanced analysis of water resource; farmland consolidation; irrigation and drainage; field, road and bridge construction.1 前言20062020年，是双牌县社会经济发展的“黄金时期”。期间，我国深入实施“中部崛起”战略，推进社会主义新农村建设；“泛珠三角”区域合作快速发展；我省加快工业化、城镇化、农业产业化进程，实施“湘南大开发”战略。这均将为双牌县社会经济的发展提供强大的外部动力。与此同时，未来十五年，又是双牌县土地利用转型的关键时期。由于全面建设小康社会历史阶段与资源瓶颈凸显阶段的不期而遇，用地矛盾进一步加剧，土地利用总体规划已不能保障全县社会经济的快速发展。项目建设规模223.18ha，新增耕地面积6.77ha，新增耕地率为3.03%；项目区增减挂钩面积4.17ha，置换指标4.17ha；土地流转面积50.47ha；产业结构调整面积60.47ha。主要工程包括由省财政下达资金支持的土地整治工程；由县人民政府组织将要实施的拆迁废弃居民点的城乡建设用地增减挂钩项目；由双牌绿康蔬菜生产专业合作社与项目区村民签订土地流转协议，促进产业结构调整；由县交通局、水利局、环保局等投资整治项目区周边基础设施等。目前，双牌县政府已编制完成了土地综合整治项目规划，本项目符合该综合规划。本次设计的意义在于使学生巩固所学的基础理论知识和专业知识，并能实际应用于设计施工中，培养独立分析问题和解决问题的能力，明确当前社会主义建设的任务，党和政府的有关政策，培养正确的设计思想，熟练运用图标和文字表达设计意图，掌握运用有关书籍手册和规范的方法，了解国内的最新成就，并能适当的运用于设计中。2 工程概况2.1 项目所在县概况双牌县位于永州市中部，潇水中游，介于东经1112411359，北纬25362610之间，东西宽63km，南北长69km。距永州市中心城区32km，至省会长沙市430km，离广州市520km。县城位于泷泊镇。县域耸立于祁零，郴道盆地之间，为孤卧式群山区，属南岭山脉都庞岭支脉。阳明山雄峙东北，紫金山横亘西南，两山支脉向中部延伸成连片山区，形成以打鼓坪林场的桃花坳为分水岭向南北倾斜，东西高，南北低的“马鞍形”地形。域内山体“顶平、腰缓、谷深”，相对高差大，地域水平分异明显。县域地貌类型多样，以山为主，兼有少量丘陵和平原。山地154642.93ha，占总面积的87.45%；丘陵6392.93ha，占3.65%；岗地6252.73ha，占3.57%；平原4150.93ha，占2.37%；水域5187.8ha，占2.96%。呈现“九山半水半分田”格局。境内最高点为阳明山主峰望佛台，海拔1624.6m；最低点位于五里牌镇全家洲村义家埠，海拔108m。县域属亚热带季风湿润气候区。年均气温17.6，年均降雨量为1445mm，年均总日照时数为1435.8小时。冬季多偏北风，夏季多偏南风，春、秋以偏北风较多。年均无霜期295天。境内属潇水流域，河网密度每平方公里0.43km。县境多年平均径流总量13.89亿m3，过境客水经流总量89.33亿m3。江河水域水质总体良好。县域土壤类型多样，共有7个土类、12个亚类、38个土属、120个土种，以红壤为主，山地黄壤次之，再次为黄棕壤。县域矿产资源不丰富，已发现矿种13种（含亚种）。其中，黑色金属矿产2种，有色金属矿产5种，建材及其它非金属矿产6种。县域地处中亚热带常绿阔叶林区，生物多样性丰富。境内有野生植物215科765属1883种。2.2 自然条件2.2.1 位置项目区位于双牌县城南部的泷泊镇和尚仁里乡。距离县城约2km，国道207从项目区西部边界通过，交通十分便利。项目区地跨东经11138571113938，北纬240742255706。项目区涉及4个行政村，包括泷泊镇的九甲村、观文口村；尚仁里乡的胡家村、尚仁里村。2.2.2 地形地貌项目区地势南高北低，海拔高程在176.4237.8m之间，地形坡度一般在10度以下，属于丘岗冲垄山地丘陵地貌。2.2.3 气象项目区属亚热带季风湿润气候区，四季分明、热量充足、雨水充沛，全年平均气温在17.218.1之间；年均日照时间为10901650h；多年平均降雨量为1445mm；年均无霜期295d。气候具有春温多变、夏初多雨、伏秋多旱、雨季集中、前湿后干的特点，特别适合水稻和蔬菜的生长，有利于发展农业生产。2.2.4 土壤项目区土壤主要为红壤。土壤耕层较厚，一般在0.5m左右；土壤肥力较高，有机质含量为2.53.0%；pH值呈酸性，水、肥、气、热比较协调，适合各种农作物生长。2.2.5 植被项目区气温适宜，光热充足，无霜期长，植物种类多。区内主要树种为杉木、马尾松、楠竹等，农作物以种植水稻为主，以及油菜和香芋。植被覆盖率在80%以上，区内植物生长茂盛。2.2.6 水文和水文地质项目区所在地区地层岩性主要有粉砂、细砂土，相对隔水层为粘土及亚粘土。浅层地下水埋深为10m左右，近年来浅层地下水位逐步下降，根据地质结构及水文特征，目前可开采的浅层水主要储存在中部（3060m），矿化度0.040.3mg/L，总硬度0.714.97德国度，易于开采补给，适宜于工农业生产用水和生活用水。2.2.7 工程地质条件项目区地层由寒武系、奥陶系、泥盆系和第四系组成，岩性主要为砂岩。土层由多层的砂质粘土、粘质砂土、软土、砂、砂砾层等组成。地表砂质粘土、粘质砂土厚度23m。2.2.8 天然建筑材料项目区靠近永江河，区内工程建设所需天然建筑材料沙和卵石可以就近从永江河周边的采沙场购买，采沙场材料供应量大，质量上乘，可以满足区内工程建设的需要，且运输十分方便。2.3 自然灾害项目区降水月季分布不均，降雨量比较集中在春夏两季，如排水不畅，可能发生洪灾。2.4 社会经济条件长期以来，项目区农民以土为本，在种植水稻、玉米等粮食作物和种植花卉、苗木、瓜果和蔬菜等经济作物方面积累了丰富的经验。项目区农民正在寻求通过增加土地投资，实行规模化经营的路子。农民这种适应市场变化调整产业结构及通过规模化经营降低生产成本的经营理念，为项目区土地综合整治后的土地经营提供了良好的组织和经营保障。同时也表现出项目区农民希望对其土地进行综合整治的强烈愿望。基本社会经济条件情况详见表1。表1 项目区社会经济条件统计表Tab 1 Project social economic conditions table乡镇村名村组人口劳动力人均耕地人均年收入个人人ha元/人泷泊镇九甲村1416239450.062450观文口村917326000.063000尚仁里乡胡家村77283250.062700尚仁里村10141112010.0628002.5 土地利用现状2.5.1 土地利用结构项目区总面积为231.03ha，建设规模为223.18ha，不动土面积7.85ha。其中耕地面积为173.54ha，园地面积为0.29ha，其他农用地面积为40.77ha，居民点及独立工矿用地面积为4.17ha，未利用土地面积为4.41ha。项目区土地利用总表详见表2。表2 项目区土地利用现状表 单位：ha、%Tab 2 Project of land use status table一级类二级类三级类观文口村胡家村九甲村尚仁里村合计比例名称编号名称编号名称农用地11耕地111灌溉水田49.9651.7924.8944.95171.5874.27114旱地0.340.330.000.000.670.29115菜地0.000.570.000.721.290.5612园地121果园0.000.000.000.290.290.1215其他农用地153农村道路1.220.950.891.094.141.79农用地15其他农用地154坑塘水面1.221.860.180.393.651.58156农田水利用地4.021.501.392.008.913.86157田坎8.337.273.937.0326.5511.49建设用地20居民点及独立工矿用地203农村居民点0.100.480.154.325.052.1827水利设施用地271水工建筑物0.410.000.000.000.410.18未利用地31未利用土地317其他未利用地0.000.340.140.000.480.2132其他土地321河流水面1.091.591.400.004.081.77324滩涂0.391.251.350.933.931.70总计67.0767.9334.3161.72231.03100.00注：项目区总面积231.03ha，建设规模223.18ha，不动土面积7.85ha。其中不动土面积包括：农村居民点用地0.88ha，水工建筑用地0.41ha，河流水面4.08ha，坑塘水面2.48ha。2.5.2 土地利用程度项目区为丘岗冲垄山地丘陵地貌，地势起伏不大，地面坡度较小，这种缓坡地形有利于土地利用。项目区现有土地利用程度与垦殖率较高，土地利用率为98.02%，土地垦殖率为77.76%。2.6 项目区基础设施条件2.6.1 交通设施项目区中部现有一条占地4m宽的道路，其它各村均为土路。项目区东部永江河两侧为4m宽的田间道路，与区内原有道路1、4相连，并与国道207相接，交通十分便利。区内原有道路1、3、4、6、7、9与主要居民点相通，相互贯连，可作为项目区主要交通网。区内生产路均为自然形成的土路，且大多弯曲不平，宽窄不一，不利于农民生产，田间通达度不高，难以满足项目区机械化耕种的需要，需要重新规划田间道和生产路。表3 项目区内现有主要道路调查表 单位：mTab 3 Major existing road project area today现状图标识路面材质路面宽路基宽权属位置现有道路1土质3.04.0观文口村现有道路2土质3.24.0观文口村现有道路3土质3.14.0观文口村现有道路4土质2.73.5观文口村现有道路5土质3.24.0九甲村现有道路6土质2.73.8胡家村现有道路7土质2.53.5胡家村现有道路8土质3.04.0尚仁里村、胡家村现有道路9土质2.83.8胡家村现有道路10土质3.24.0尚仁里村2.6.2 水源工程设施项目区东部有永江河和岚江，为项目区的主要水源。永江河边现有拦水坝2座，岚江河边现有拦水坝2座，通过拦水坝可以向区内供水；项目区西部有四口十字井，常年有水，可以向项目区供水。2.6.3 灌溉与排水设施项目区现有一条砼空心砖沟渠现状运行良好，只需进行清淤，其它沟渠均为土渠，宽约13m，由于渠道均未衬砌，长期杂草丛生，淤积严重，导致排灌不畅，降低了田间水的利用率，并且排、灌沟渠均出现了不同程度的塌方，已不能满足田间的供水和排水要求。对此应进行改造及重新规划布局，以提高耕地的防涝、防旱能力。项目区排水均最终排入永江河和岚江。经统计，项目区现有主要渠道情况如下表所示：表4 项目区现有灌溉与排水设施调查表Tab 4 Existing irrigation and drainage facilities project today现状图标识断面形式材质顶宽下底宽深淤泥深是否利用原有沟渠-1矩形土质0.50.40.2保留现状原有沟渠-2矩形土质0.80.60.2保留现状原有沟渠-3梯形土质1.20.50.60.5保留现状原有沟渠-4梯形土质1.60.40.80.5整修硬化原有沟渠-5矩形土质1.20.90.4废弃原有沟渠-6梯形土质1.30.60.70.5废弃原有沟渠-7梯形土质1.40.70.80.3废弃原有沟渠-8梯形土质1.50.60.70.3废弃原有沟渠-9矩形土质0.80.60.2整修原有沟渠-10矩形砼空心砖1.00.80.2整修原有沟渠-11梯形土质1.40.40.60.3废弃原有沟渠-12梯形土质1.70.80.80.5废弃原有沟渠-13梯形土质1.80.71.00.3整修硬化原有沟渠-14梯形土质1.20.60.60.3新修2.6.4 电力设施据实地调研，项目区农网改造已经完成，电力设施配套完善，电力充足，每年除电路检修期间，一般不会出现停电现象。项目区有220V和380V输电线连接各个村组，完全可以保证整个项目区农民的生产和生活需要。2.6.5 农田防护与生态保持工程设施项目区属于丘陵地区，农田小气候优越，水分充足，植物生长繁茂。项目区内无工业生产，环境污染因子主要是农民的生活污水，农业生产中的农药化肥污染，基本上不会超过环境的自净能力。3 项目区水资源供需平衡分析水量平衡是一个相对的概念，是指在一定的保证率下的水量供需平衡。因此，在进行水资源平衡分析之前，首先确定灌溉设计保证率。根据湖南省土地开发整理项目建设标准（试行），丘岗冲垄山地丘陵水田灌溉保证率不低于85%，结合项目区的实际情况，确定水稻区灌溉设计保证率为90%，旱地、菜地灌溉设计保证率为90%。3.1 灌溉水源本项目水源工程为拦水坝和十字井引水灌溉。项目区东部有永江河和岚江，为项目区的主要水源。永江河边现有拦水坝2座，岚江河边现有拦水坝2座，通过拦水坝可以向区内供水；项目区西部有四口十字井，常年有水，可以向项目区供水。3.2 需水量预测3.2.1 农作物品种选择基于项目区的地形，结合项目区民众的意见，项目区水田种植水稻，旱地种植玉米，菜地种植时令蔬菜等作物。因此本次规划以水稻、玉米、蔬菜作为典型作物分别计算需水量。3.2.2 灌溉需水量计算（1）灌溉面积。项目区规划耕地184.48ha，其中水田为179.26ha，旱地4.78ha，菜地0.44ha。 （2）灌溉定额确定。项目区通过整理后，水田以种植双季稻为主。根据项目区灌溉实验资料，确定项目区灌溉保证率设计标准为90%，旱地、菜地灌溉设计保证率为75%，项目区综合灌溉定额见表5。表5 各水平年项目区综合灌溉定额分析表 单位：m3/haTab 5 Each level project in comprehensive irrigation quota analysis form灌溉保证率（%）50%75%90%水田（双季稻）9901170012600旱地（玉米）232529253150菜地225027752850 （3）灌溉需水量的确定。灌溉需水量按下式计算： （1）式中：灌溉需水量（m3）；M净灌溉定额（m3/ha）；A灌区面积（ha）；灌溉水利用系数。表6 项目区需水量计算结果表Tab 6 Water project results table作物灌溉保证率灌溉定额灌溉面积灌溉水利用系数需水量m3/haha万m3水稻90%12600179.260.72313.71玉米90%31504.780.722.09蔬菜90%28500.440.720.17合 计315.9733 可供水量3.3.1 项目区水资源概况项目区降雨丰富，38月降雨比较集中，占全年降雨量的70%以上。本项目选取1987年为设计代表年进行分析，降水量为1445mm，设计代表年降雨量月分配表见表7。根据项目水文条件分析，项目区水资源丰富，水利条件较优越，属于降水充沛的地区。又因项目区规划主要用地为农用地，区内没有工矿企业，所以需水量分析不考虑工业用水及人畜饮用水，只分析农作物品种的需水状况。表7 设计代表年降雨量月分配表 单位：mmTab 7 On behalf of annual rainfall distribution on design table月份123456789101112降雨量2373100.9165.6184190.1176.1236.4115.215.3107.258.23.3.2 可供水量分析项目区东部为永江河和岚江，为项目区的主要水源。永江河边现有拦水坝2座，岚江河边现有拦水坝2座，通过拦水坝每年可向项目区供水415.6万m3；项目区西部有四口十字井，常年有水，每年可向项目区供水15.63万m3（资料数据由泷泊镇和尚仁里乡水管所提供）。3.4 水资源供需平衡分析根据以上计算，项目区的水资源平衡分析如下表：表8 水资源供需平衡表 单位：万m3Tab 8 Water Supply And Demand And The Balance Sheet需水量供水量水量净余315.97431.23115.26可见，项目区水资源供给量大于需水量，项目区内水资源供给量完全能满足需求。4 土地平整工程设计项目区平整后修建水平梯田。本项目土地平整工程共涉及的工程内容有：田块修筑工程和耕作层地力保持工程。田块修筑工程中包含了梯田修筑，耕作层地力保持工程包含了挖填土方、表土剥离回填、细部平整及土地翻耕工程。4.1 田块修筑工程设计4.1.1 梯田修筑本项目田块修筑工程平整度达到水田田面倾向灌溉方向，田面起伏不超过3cm，水田田面坡度不超过1/1000，田面高程沿灌排体系水流方向降低。田埂大致垂直农沟、农渠，高出田面30cm，埂顶宽为30cm，采用田间土修筑。4.1.2 土方量计算与调配本项目土地平整工程设计是以挖填土方基本平衡为原则，以农田水利设计的合理、优化为目标。土方量计算应用MapGIS软件，计算方法是：利用本次测量的现状地形图的高程点（等高线）进行处理，使其能精确地反映土地平整前（现状）的细部地形（如田丘，坑塘，宅基地等），在MapGIS数字地面模型子系统内建立数字高程模型（TIN），算出设计高程和土方量。TIN模型根据区域有限个点集（如处理好的测量现状图中高程点）将区域划分为相连的三角面网络，区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程）。土方量计算方法。23S22221S120图1 TIN模型中的某一小部Fig 1 A TIN model of the small设计高程平面2321S220S122图2 某个TIN模型中的某一小部（立体示意图）Fig 2 A model of a small sereo schemes22Hh23A2h22h21平面AS22321图3 三棱柱S2Fig 3 Three prism S2上面三个图中，20、21、22、23为三棱柱S1、S2的角点，如果设计一个高程平面A，高程为H，h21、h22、h23是平面A到三棱柱各顶点的高，则在土方工程中，三棱柱S2的挖方为平面A以上部份的体积。此体积可用下列公式计算（三棱柱S2的上表面采用斜平面拟合）。 （2）在某个区域内地面高程会较低，这时设计高程平面A在三棱柱之上，也就是填方情况，则V2为负数。在一个设计田块中，根据TIN模型的精度不同，有不同个数的三棱柱，那么在设计高程平面A的高程为H的情况下，此田块的土方量为： （3）n为田块内所有的三棱柱数目如果为正，则为挖方，如果为负，则为填方。反复调整设计高程平面A的高程H，直到算出的接近于0，得到最经济的土方量。 土方量计算过程。以设计的每个平整单元为土方量计算的基本单位（计算范围），按设计的田块高程给平整单元赋高程值（设计田块高程需反复给定，系统算出此平整单元内给定高程平面与之上的模型体积为挖方量，之下的空出体积为填方量，如上图所示，直到整个田块挖、填方基本平衡为止，得出最经济土方量，此时的给定高程为本平整单元的计算高程），并依据设计高程和TIN模型，使用MapGIS二次开发的工具生成土方挖填零线。零线是设计高程和平整前田面的相交线。以零线划分大田块内的挖方区和填方区，算出具体的挖填方量，即算出计算范围内按设计高程平整土地将产生的“挖方量”和“填方量”。根据规划设计布置的渠道的流向来判别规划设计田面高程是否合理，如果影响渠道自流灌溉或排水，则要对田块的设计田面高程或渠道布置方案进行调整，反复重新计算，直到全区农田水利设计合理，以此确定田块的设计高程，并进行田块间土方调配。田块间调配土方又分为调出、调入。根据设计平整工程的调运方案及生成土方挖填区的零线，算出田块内的土方推运距离和田块间的土方调运距离、方量。由于MapGIS软件模型与实际地形的误差，结合实际情况，本项目田块间调配土方在三十方左右的属于挖填平衡。图4 TIN模型及土方计算方法示意图Fig 4 TIN model and earthwork calculation method schemes根据建立的TIN模型和土方量计算方法，根据该田块现状高程，选取设计高程值，依据以上计算方式，依次选取H1、H2、Hx，直到整个田块挖、填方基本平衡为止，得出最经济土方量。通过取值进行比较计算，该田块挖填土方量基本平衡，如果田间调配土方量较小，因此可忽略不计。 典型田块设计。典型田块设计以有利于作物的生长发育、有利于田间机械作业、有利于灌排调控、有利于水土保持、有利于防风和有利于经营管理为原则，充分考虑地形、地貌的限制，耕作田块为格田，田块之间以道路和灌溉渠道为界。整理后田块规整，长边与短边垂直，但部分地区受地形地势、房屋及公路等的影响，田块进行了适当调整。耕作田块内部保证排灌畅通，灌排调控方便，并满足水稻作物对田块的要求，田块高差控制在3cm以内。项目选取了89、90、91、92、100、102、104、105号田块组成的大田块作为典型田块。以典型田块为例分析说明布局，典型田块田块面积2.72ha2，大田块长181m，宽150m。该田块内，新修斗渠-2为该田块提供灌溉水源，垂直于其有新修农渠I10从中引水，规划4条毛渠垂直于农渠I将农渠I中的水引至田间；田间排水则由4条毛沟排至新修农沟I4，然后排入项目区整修灌排渠-3内。田块以内的灌溉毛渠、排水毛沟由农民自行开挖。田块周边有新修二级田间道-10、整修一级田间道-1从田块边通过，田间道之间有新修生产路16相通，方便生产。典型田块图具体见设计图册中的典型田块设计图。 土方工程量举例计算说明。 取项目区106号田块为例进行土方量计算说明，根据该田块现状高程，选取设计高程值，具体计算过程如下：项目区以106号田块为例，当H1=200.84，田块挖方量=75.31m3，填方量=185.37m3，田间调配方量=110.06m3（调入）；当H2=200.08，田块挖方量=135.41m3，填方量=85.40m3，田间调配方量=50.01m3（调出）。依据以上计算方式，依次选取H1、H2Hx，直到整个田块挖、填方基本平衡为止，得出最经济土方量。通过取值进行比较计算，得出当Hx=200.30时，该田块挖填土方量基本平衡，因此取设计高程H=200.30，该田块挖方量=107.93m3；填方量=113.31m3；田间调配方量=5.38m3（调出），由于田间调配土方量较小，因此可忽略不计。 土方量计算结果。 项目主要对项目区地势较缓、地块平坦的田块，且田埂杂乱的田块进行条田修筑平整；对项目区新增耕地来源的田块也进行平整；丘块间高差较大的及地形复杂的田块，由于此类田块平整难度大、费用过高，且可能破坏耕作层，因此基本不参与平整。每个平整单元（平整区即格田）挖填土方也需基本平衡。根据田块设计要求和土地平整实际情况，本项目土地平整以规划的田间道路在划分田块后，对设计田块所含面积进行平整，故在土地平整工程计算过程中不包括规划田间道路的土方量工程；为便于施工并结合当地机械使用情况，土地平整中田面平整的挖填土方工程采用74kW推土机推土，推土距离根据平整区标准田块规格，通过对田块内挖、填区中心点之间的距离采集，选取综合运距按4050m计取；田间调配的运距根据实际距离计算，采用6-8m3拖式铲运机铲运土运距根据调配田块中心点之间的实际距离计算，具体调配田块和运距详见项目区工程量统计表和项目区土方图。项目区根据地形共设362个平整田块，土地平整面积134.42ha；全区共需挖填土方（不含田间调配）214353.8m3，田埂修筑3266.26m3；田间调配土方15574.43m3，运距均为0100m；外运土方27916.69m3，运距为00.5km的土方为10988.35m3，运距为0.51.0km的土方为1373.47m3，运距为23km的土方为15554.87m3；表土剥离土方36507.32m3，表土回填土方36507.32m3；人工细部平整面积121.93ha；土地翻耕6.77ha。项目区及各类土方工程的具体计算过程及相关说明详见附图集的土方量计算图。4.2 耕作层地力保持设计4.2.1 表土剥离与回填项目表土剥离与回填只考虑平整区域中挖方深度大于或等于0.30m以上的平整田块，对平整单元中的原有耕地区的表土进行剥离与回填，剥离、回填厚度根据项目区现状耕地的实际耕作层深度进行采集，按选取0.20m厚度（平均值）计取。项目设计耕作层剥离厚度为0.20m，耕作层回填前田面必须达到设计回填耕作层层底面高程。4.2.2 细部平整及培肥人工细部平整区域为机械平整后除新增耕地区域外均需进行人工细部平整，平整面积为121.93ha。项目区新增耕地来源为未利用地与废弃果园、滩涂的区域，土壤质量普遍偏低，为提高土壤的肥力，进行了土地翻耕，采取三铧犁进行，深耕0.25m以上，打破犁底层。使之达到二等水田以上的要求。4.2.3 土地改良措施合理耕作为了增产和保土采用不同的耕作方式，由于大气降水和灌溉用水等作用，在一般情况下耕层有自然沉实的现象，加上机具和群众劳动走时的压实作用，表土越来越密实。因此为了农业利用，都必须经常地耕翻这些密实土壤为疏松状态。但耕作的方式和程度，应以自然经济条件、作物类型和土壤性质等因素的不同而异；合理灌排为了满足作物生长生理需水和调节土壤环境，通常采用松土、留茬、覆盖等措施增蓄大气降水和灌溉水以及防止表土蒸发失水，而排水确实因水分太多，会使土壤沼泽化或次生盐渍化。一般采用开挖明沟以排地面水，在土体不同部位埋设暗沟、暗管排除土体中多余水分；施肥合理耕作、合理灌排，能够使得土壤结构发生变化，但要利于作物生长，可以采用自然的或人工合成的土壤改良剂来达到改善土壤质量的效果，比较常用的自然改土剂有农家肥、绿肥、泥炭、石灰、石膏以及铁、硅酸盐等，人工合成的改土剂有粉煤灰等。对新增耕地区进行土壤改良措施，作为肥料源主要是家肥和绿肥，无机肥的氮磷钾比例保持1：1：0.9，对于含沙较重的田，进行客土改泥，加深耕作层。掺和的客土采用就地取材，土地平整后项目区内的水稻土可以作为原材料，每ha掺土量约为800m3/ha，使用农家绿肥约为28m3/ha。5 灌溉与排水工程设计5.1 灌溉水源工程设计本项目水源工程为拦水坝和十字井引水灌溉。项目区东部有永江河和岚江，为项目区的主要水源。永江河边现有拦水坝2座，岚江河边现有拦水坝2座，通过拦水坝可以向区内供水；项目区西部有四口十字井，常年有水，可以向项目区供水。5.2 输水工程设计5.2.1 明渠渠道流量设计按湖南省土地开发整理项目建设标准（试行）规定，采用地面灌溉，根据项目区实际情况及当地水利建设实践经验，本项目水稻区灌溉保证率为90%。根据项目区地质条件，设计所有新修沟渠均采用矩形横断面。项目区内斗渠水源从现有拦水坝引取，水源充足。根据当地村民耕种习惯，区内斗级渠道与灌排渠道采用续灌的灌溉方式，农级渠道采用轮灌方式。选择项目区渠道灌溉的典型田块水田面积来设计。灌溉延续时间7d，根据农田水利学（武汉大学郭元裕主编，中国水利水电出版社）查得渠系水利用系数取0.8。（1）项目区渠道流量。续灌渠道流量计算公式： （4）式中：Q渠道设计流量（m3/s）；主要作物的种植比例；A渠道的灌溉面积（ha）；e典型年水稻用水高峰期的日耗量（13mm）；t每天灌水时数，本项目区取t24h；渠系水利用系数，取0.8。轮灌渠道流量计算公式： （5）式中：m主要作物用水高峰期的最大灌水定额（1245m3/ha）；T灌水延续时间，取7d；N农渠轮灌组数（取2组）。根据灌溉与排水工程设计规范，续灌渠道流量在小于1m3/s时，加大流量系数取1.31.35，本设计J1.35。表9 渠道流量表Tab 9 Channel flow渠道类型渠道控制典型面积设计流量加大流量ham3/s新修斗渠59.750.1120.152新修农渠I7.10.037新修农渠II3.20.017新修灌排渠道42.680.080.108（2）灌排渠道的排水量校核。灌排渠道计算需要满足排水要求，以排水流量来校核渠道过水能力。排水沟的排涝标准按照十年一遇的一日暴雨一天排完。灌排渠道的排水控制面积42.68ha，该地区十年一遇一日暴雨90mm，根据有关规范，一日暴雨一天排至作物耐淹水深，水稻分蘖期的田间水稻耐淹水深60mm。设计净雨深常用暴雨扣损法计算，计算公式为： （6）式中：R设计净雨深（mm）； P设计暴雨量（mm）； h1稻田的滞蓄水深（mm），与暴雨发生时间、水稻的造别和品种、生长期及耐淹历时有关，根据当地试验和调查资料确定，一般采用水稻允许淹水深与降雨前田面水深的差值； f设计排涝历时T内的稻田渗漏量（mm）。f=KT，本项目区的壤质为中粉质壤土，K为渗漏强度3.5-5.0（mm/d）。 E设计排涝历时T内的稻田腾发量（mm）。E=EdT，为雨水系数，根据当地试验资料确定；Ed为水面腾发强度，一般为45mm/d。利用平均排除法计算排涝流量。平均排除法是以排水面积上的设计径流深在规定的排水时间内平均排除的虚拟方式来计算排涝模数或排涝流量的。计算公式为： （7）式中： Q排涝设计流量（m3/S）； R设计径流深（mm）； T排涝历时（d），一般用作物的耐淹历时，水稻为1d； t每天排水时数（h），自流排水t=24h； F排涝面积（km2）。将各参数代入公式（6）计算：R=Ph1fE=9030511=44（mm）再将径流深的计算结果代入公式（7）校核灌排渠道的排水流量：表10 灌排渠道的流量校核 单位：m3/sTab 10 Irrigation and drainage channel flow of the check渠道类型灌水流量排水流量比较结果灌排渠道0.1080.219排水流量大根据计算结果，灌排渠道的排水流量灌溉流量，所以按照排水流量设计。5.2.2 渠道横断面设计根据以上计算所得的渠道设计流量标准，斗渠级都采用纵坡比i1/2000，农渠级纵坡比i=1/1500。渠道采用现浇C15混凝土护坡。渠道横断面水力计算根据采用下式： （8）式中： Q设计渠道的流量（m3/s）；w过水断面积（m2）；i渠道比降，其值根据项目区的地形比降结合土壤特点选定；R水力半径（m）；C谢才系数（m0.5/s）。各变量的计算公式如下：断面面积w=（b+mh）h （9）湿周x= （10）水力半径R= （11）谢才系数C （12）式中：b渠底宽度（m）；h水深（m）；x湿周（m）；m边坡系数（矩形渠道m0）；n渠床糙率。经计算，渠道横断面设计成果如下表所示：表11 渠道断面设计成果表Tab 11 Channels section design results table渠道类型水深（m）底宽（m）坡降边坡系数粗糙系数湿周过水断面水力半径谢才系数流量（m3/s）流速（m/s）HbimnxWRCQV斗渠0.550.701/200000.0181.800.390.2142.960.1710.44农渠I0.30.41/150000.0181.000.120.1239.020.0420.35农渠II0.250.31/150000.0180.80.0750.09437.450.0220.30灌排渠道0.650.751/180000.0182.050.4880.2443.730.2450.50为防止水浪漫溢出渠道，保证渠道的安全运行，要求渠道有安全加高，斗渠、灌排渠道安全加高0.25m，农渠安全加高为0.15m。5.2.3 流速校验为防止渠道冲刷和淤积，渠道过水断面平均流速必须介于容许不冲流速和允许不淤流速之间。根据水工设计手册，渠道流量小于1m3/s时，混凝土护面的渠道容许不冲流速不大于6.0m/s，渠道允许不淤流速0.3m/s。通过校核渠道流速满足抗冲、抗淤要求。5.2.4 渠道纵断面设计为满足自流灌溉的要求，各级渠道分水口处都应具有足够的水位高程。这些水位高程是根据灌溉面积上控制点的高程，加上渠道的沿程水头损失和渠系建筑物的局部水头损失，自下而上推算出来的，公式如下：H设=A0+h+Li+ （13）式中：H设渠道分水口处的水位高程（m）； A0渠道灌溉面积上控制点的高程； h控制点与该末级固定渠道水面的高差； L水流到控制点所经各级渠道的长度； I相应渠道的比降；水通过各渠系建筑物的局部水头损失。从设计水位线向下，以设计水深为间距，作设计水位线的平行线，即为渠底高程线。从渠底高程向上，分别以最小水深和加大水深与安全超高之和为间距，作渠底线的平行线，即为最小水位线和渠顶线。5.2.5 整修渠道的校核项目区内的整修渠道有2种类型：灌排渠道整修后采用现浇C15混凝土护坡；排水斗沟对其断面进行清淤，边坡混凝土空心砖衬砌不变，对底板进行现浇C15混凝土硬化。整修后的沟渠其过水能力得到了很大的提高。具体参数如下表：表12 原有沟渠整修后参数表 单位：mTab 12 Channels after the original parameter table原有编号现状情况整修后类型底宽渠深备注原有渠道-4、13土渠整修灌排渠道0.750.65清淤与全衬砌原有沟渠10砼空心砖整修排水斗沟0.80.7清淤与底板衬砌5.2.6 沟渠的衬砌项目区属于丘岗冲垄山地丘陵地貌，区内降雨量多集中在春夏两季，现有排水沟均为土渠，长期杂草丛生，淤积严重，排水不畅，极易引发洪灾。通过本次土地综合整治项目的实施，对原有沟、渠进行改造及重新规划布局，并对新修的灌溉渠道和排水沟全部采用现浇混凝土硬化，以提高耕地的防涝、防旱能力。本项目的灌溉渠道与主要排水沟衬砌采用全衬砌方式，衬砌沟渠断面采用的是矩形。根据当地群众的意见和双牌县已实施项目的施工经验，本项目的沟渠采用现浇C15混凝土护坡，斗渠、斗沟底部采用C15现浇砼护底护砌。渠道基本为半挖半填的形式修建，新修排水沟采用全地面开挖的形式，边坡和底板均设计了导渗管。回填土方与底部夯实夯实度93%。现浇混凝土衬砌底层要预留伸缩缝，以适应温度、冻胀、基础不均匀沉陷等原因引起的变形，每隔4m设伸缩缝，伸缩缝的宽度为2cm，填充料为沥青砂板。5.3 排水工程设计5.3.1 明沟排涝流量计算排水沟设计