灌溉渠道设计

灌溉渠道设计摘要：在灌区工程中，灌溉渠道担负着全灌区的输配水任务。布局合理、配套完善、设计合理、行水通畅的灌溉渠道系统，是灌区工程发挥正常效益的前提条件。1949年新中国成立以来，我国灌溉事业得到了迅速发展，全国共建成万亩以上灌区5600多处，拥有各类输水渠道310多处万公里，其中干、支级渠道占39.7%，斗、农渠占60.3%，灌溉渠道工程在抵御自然灾害、保障农业生产发展方面发挥了重要作用。本文针对灌溉渠道设计的内容、步骤、方法、进行了系统的阐述。

关键词：灌溉渠道设计；国内外成果；设计理论

1.灌溉渠道设计流量的计算

渠道的工作制度不同，设计流量的推算方法也不同，下面以轮灌渠道为例予以介绍。

因为轮灌渠道的输水时间小于灌水延续时间，所以，不能直接根据设计灌水模数和灌溉面积自下而上的推算渠道设计流量。常用的方法是：根据轮灌组划分情况自上而下逐级分配末级续灌渠道(一般为支渠)的田间净流量，再自下而上逐级计入输水损失水量，推算各级渠道的设计流量。

2.渠道最小流量和加大流量的计算

（1）渠道最小流量的计算

对于同一条渠道，其设计流量(q设)与最小流量(q最小)相差不要过大，否则在用水过程中，有可能因水位不够而造成引水困难。为了保证对下级渠道正常供水，目前有些灌区规定渠道最小流量以不低于渠道设计流量的40%为宜；也有的灌区规定渠道最低水位等于或大于70%的设计水位，在实际灌水中，如某次灌水定额过小，可适当缩短供水时间，集中供水，使流量大于最小流量。

3.灌溉渠道纵横断面的设计

灌溉渠道的设计流量、最小流量和加大流量确定以后，就可据此设计渠道的纵横断面。设计流量是进行水力计算、确定渠道过水断面尺寸的主要依据。最小流量主要用来校核对下级渠道的水位控制条件，判断当上级渠道输送最小流量时，下级渠道能否引足相应的最少流量。如果不能满足某条下级渠道的进水要求，就要在该分水口下游设节制闸，壅高水位，满足其取水要求。加大流量是确定渠道断面深度和堤顶高程的依据。

3.1渠道横断面设计

（1）渠道横断面设计原理

灌溉渠道一般都是正坡明渠。在渠首进水口和第一个分水口之间或在相邻两个分水口之间，如果忽略蒸发和渗漏损失，渠段内的流量是个常数。为了水流平顺和施工方便，在一个渠段内要采用同一个过水断面和同一个比降，渠床表面要具有相同的糙率。因此，渠道水深、过水断面面积和平均流速也就沿程不变。这就表明渠中水流在重力作用下运动，重力沿流动方向的分量与渠床的阻力平衡。这种水流状态称为明渠均匀流。在渠道建筑物附近，因阻力变化，水流不能保持均匀流状态，但影响范围很小，其影响结果在局部水头损失中考虑。

（2）梯形渠道横断面设计方法

设计渠道时要求工程量小，投资少，即在设计流量q、比降i、糙率系数n值相同的条件下应使过水断面面积最小，或在过水断面面积a、比降i、糙率系数n值相同的条件下，使通过的流量q最大。符合这些条件的断面称为水力最佳断面。从公式可以看出，当a、n、i一定时，水力半径最大或湿周最小的断面就是水力最佳断面。在各种几何图形中，以圆形断面的周界最小。所以半圆形断面是水力最佳断面。但天然土渠修成半圆形是很困难的，也是不稳定的，只能修成接近半圆的梯形断面。

3.2渠道的纵断面设计

灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求，还要满足水位控制的要求。

（1）灌溉渠道的水位推算

为了满足自流灌溉的要求，各级渠道入口处都应具有足够的水位。这个水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失，自下而上逐级推算出来的。

（2）渠道纵断面图的绘制

渠道纵断面图包括：沿渠地面高程线、渠道设计水位线、渠道最低水位线、渠底高程线、堤顶高程线、分水口位置、渠道建筑物位置及其水头损失等。

渠道断面图按以下步骤绘制：

①绘地面高程线在方格纸上建立直角坐标系，横坐标表示桩号，纵坐标表示高程。根据渠道中心线的水准测量成果(桩号和地面高程)按一定的比例点绘出地面高程线。

②标绘分水口和建筑物的位置在地面高程线的上方，用不同符号标出各分水口和建筑物的位置。

③绘渠道设计水位线参照水源或上一级渠道的设计水位、沿渠地面坡度、各分水点的水位要求和渠道建筑物的水头损失，确定渠道的设计比降，绘出渠道的设计水位线。

④绘渠底高程线在渠道设计水位线以下，以渠道设计水深入为间距，画设计水位线平行线，该线就是渠底高程线。

⑤绘制渠道最小水位线从渠底线向上，以渠道最小水深(渠道设计断面通过最小流量时的水深)为间距，画渠底线的平行线，此即渠道最小水位线。

⑥绘堤顶高程线从渠底线向上，以加大水深(渠道设计断面通过加大流量时的水深)与安全超高之和为间距，作渠底线的平行线，此即渠道的堤顶线。

⑦标注桩号和高程在渠道纵断面的下方画一表格，把分水口和建筑物所在位置的桩号、地面高程线突变处的桩号和高程、设计水位线和渠底高程线突变处的桩号和高程以及相应的最低水位和堤顶高程，标注在表格内相应的位置上。桩号和高程必须写在表示该点位置的竖线的左侧，并应侧向写出。在高程突变处，要在竖线左、右两侧分别写出高、低两个高程。

⑧标注渠道比降在标注桩号和高程的表格底部，标出