灌溉与排水工程

一、灌溉与排水工程（一）输配水工程1、明渠（1） 渠道断面计算灌溉渠道采用明渠均匀流公式计算，设计一系列断面尺寸，分别计算渠道通过设计流量下的各水力要素，从中选择满足过水流量的断面尺寸。明渠均匀流公式：q二wc很7式中：Q 渠道设计流量（mVs）W——渠道过水断面面积（萨）R 水力半径（m）I——水力坡降，与渠道纵坡相同，一般取1/1000,根据实地情况可作调整（改陡或放缓），在满足过水流量的前提下，不造成渠道冲刷破坏或淤积，以减少跌水等渠系建筑物，取得最经济的效果C——谢才系数，C=；Rl/6n——渠床糙率，（混凝土渠取0.017）（2） 灌溉渠道纵断面设计设计灌溉渠道时，要使渠道断面能够通过设计流量和保持渠床稳定，并保证其水位满足自流灌溉的要求。渠道的水位控制，密切结合沿渠地形条件及灌溉田块参考点高程进行。为了保证渠道所控制的灌溉面积都能进行自流灌溉，各级渠道在分水点处都具有足够的水位高程。各分水口的水位控制高程，是根据灌溉土地的地面高程加上渠道沿程水头损失以及渠水通过各种建筑物的局部水头损失，有下式自上而下逐级推算出。8分=&+/，+£"+式中：8分——支渠分水口要求的控制水位；IAO—渠道灌溉范围内地面参考点的高程（in）；h——所选参考点与该处末级固定渠道水面的高差,一般取0.1〜0.21H；/一一各级渠道的长度；，一一各级渠道的比降；甲——水流通过渠系建筑物的水头损失。（3）渠道用材的选择参考当地材料价格和来源对浆砌石渠道（M5）、现浇混凝土（C15）渠道、U型槽渠的进行比较。浆砌石（M5）渠道不仅造价贵，而且项目所在区域砌石工较少，石料匮乏。U型渠道和现浇混凝土（C15）渠道则比较经济也比较容易施工，但U型渠结构单薄，较容易被破坏。经综合考虑并征求业主和群众意见，新建渠道选择现浇混凝土渠道；其中为确保现浇混凝土渠道的安全稳定，现浇混凝土渠采用整体式结构，并在施工时沿渠线长度方向设置伸缩缝，原则上控制每12m设置一道（当地质软弱或施工有其他要求时缝距可作适当调整），缝宽20mm，内嵌沥青板方材。渠道跌差在50cm以上的（包括50cm）采用跌水联接上、下渠段进行消能。（4）流量设计设计流量计算公式：Q集二qA/n集式中：Q槃一一灌溉渠设计流量（L/S）；Iq——净灌水率（m7s/万亩）,本设计采用0.722ni7s/万血A——渠道控制灌添面积（亩）；n渠一一灌溉水利用系数（渠系水利用系数*田间水利用系数），本设计采用0.72o据《农田水利》教材，渠道设计当设计流量小于lm3/s时，应取加大系数35-30%,本设计取30%,因此渠道引水能力为q*l.30=1.013m3/s•万亩。以此作为渠道设计依据。渠道设计新建渠道采用现浇砼结构，现浇砼渠道每隔12米设置一处横向伸缩缝，伸缩缝内埋置沥青板枋材，板宽为12cm，板厚20mm。排水工程1、排涝模数计算根据《湖北省短历时暴雨等值线图》本项目区年最大24h暴雨均值H=120mm,CV=0.4,CS=3.5CV,求得p=20%暴雨值为148.1mm。排涝模数按水田与旱作物分别计算。水田排涝模数计算公式为：qw=(P-hl-ET'-F)/(86.4T)式中：qw为水田排涝模数(m3/s*km2)；hl为水田滞蓄水深，40I1H11；P为5年一遇24小时设计暴雨量，148.limn；T为设计排水历时，1天。计算得qw=l.Ilm7s*km2旱作物排涝模数计算公式为：qd=R/(86.4*T)式中：qd为旱地排涝模数(k/s*kG)R为24小时设计净雨深，径雨系数取0.75,R为111.5mnioT为设计排水历时，1大。计算得qd=l.29ni3/s^km2为偏安全，项目区排涝模数取上述的较大值，即取1.29m3/s^km2o项目区内排水沟的设计流量可根据各排水沟控制格田面积进行推算:Q排=qd*A其中：qd为排涝模数,为1.29m3/s*km2A为排水沟控制的面积(km2)Q排为排水沟设计流量(S/s)2、 排水沟流量计算项目区内排水沟的设计流量可根据各排水沟控制田块面积进行推算:Q排=q*A其中：q为排涝模数,为1.29mVs^km2A为排水沟控制的面积(km2)Q排为排水沟设计流量(k/s)3、 排水沟断面计算排水沟断面设计主要任务是确定排水沟纵横断面尺寸和水位衔接条件，校核排水沟排涝能力和不冲不淤条件。根据排水沟设计流量并参考当地经验拟定断面尺寸。排水沟断面采用梯形，应用均匀流公式:Q=（b+mh）hCy[Ri。=项1/6

n式中：。——设计排水流量，m3/s；h 排水沟设计底宽，m；m——设计内边坡系数；h——设计水深，m；。——谢才系数，匝/2/s；R 水力半径，口；i——排水沟比降，根据地形情况确定；〃——排水沟糙率，浆砌石结构n=0.025,干砌石11=0.033,硅=0.017o结合田块地形，选取一定的排水沟底坡i、边坡系数m和糙率n,用排涝设计流量设计排水沟断面。排水沟沟底线为：沟底线二水面高程排沟水深。考虑水稻耐淹深度和时间，应按排渍沟排渍的范围和排渍沟设置的间距确定。4、排水沟设计新建农沟均采用现浇砼及十砌块石结构。（三）渠系建筑物工程1、 跌水灌溉渠道（灌排渠、农沟）跌差在50cm及其以上的采取消能措施，50cm以下采用降坡降，减少高差等措施。由于流量较小，跌水消力池长0.4m，池深0.1m，池宽宽于渠底宽0.2m,胸墙斜坡1:0.45,跌口为矩形。灌溉渠道（排灌渠）跌水采用C15现浇混凝土浇筑,土质渠（沟）采用土跌水。渠道和农沟上下格田高差大设渠跌水连接。2、 放水闸（口）田间灌溉渠道放水口有单侧放水口和双侧放水口两种，设置闸门，控制放水流量。单侧放水口可直接从渠墙一侧开口放水,不埋设放水管，单侧放水口设闸门两扇，一个为节制渠道流量，另一个调节放水口流量；双侧放水口设闸门三扇，埋设钢筋混凝土管，在开口设闸处设立闸门，闸门采用木插板。渠道的分水口，设木闸门控制分水量。渠道的取水口，视其引渠或农渠引水的具体地形条件和渠断面尺寸而设置大小取水口。设木闸门控制放水量，并方便取水口的整修。放水口工程量不计入渠道长度。3、 涵管生产路过沟渠设涵管连接，埋设砼涵管。4、 引水口为便于渠道引水，在山涧水取水口处设引水口。5、 涵洞为加强稳定性，田间道过沟渠设涵洞，涵洞断面设计跨度W0.6m，该涵洞因过水断面小，跨度不大，设计较为简单；沟渠通过田间道路时按路基宽将混凝土渠改为M5浆砌块石渠，过水断面统一设计为底宽0.4m，高0.6m，底板和侧墙厚增至300mm和400mm，上加盖150mm厚的C20钢筋混凝土盖板。二、田间道路工程（一） 田间道田间道为与乡、村公路连接道路，或建设于控制面积较大地块的主要道路；部分主干路段可实现硬质化，路面采用混凝土等材料硬化，保证晴雨天畅通，能满足农产品运输和中型以上农业机械的通行。各地块均与主干村道连接，同时拥有部分断面较大的耕地，田间道的路面硬化极为必要。经过论证，本项目区内拥有部分原有土路、基础稳定，适合直接加铺砼路面，提高道路标准，田间道路的修建将大大提高了项目区道路通达率。硬化田间道是在原有道路的基础上进行硬化，上部为180mm厚C25砼路面，中间100mm厚碎石垫层，底部为原有路基，路面宽3.0-2.5米，根据实际需要在道路两侧设C15埋石砼路肩（宽各300mm）。砼路面每隔5米设置一处横向伸缩缝，混凝土路肩每隔12米设置一处横向伸缩缝，伸缩缝内埋置沥青板枋材，板宽为12cm，板厚20mm。（二） 道路其他工程1、错车道、回车道为方便车辆交汇，田间道每个300左右设置错车道1处。错车道所占的长度已在田间道总长度中扣除。2、下田坡道为方便机械下田耕作，每2-3个格田设置一个下田坡道，下田坡道长根据路肩高度设置，面坡比降1：3；宽3.0m，边墙厚度为0.25m。跨沟渠时，渠道断面加宽、加厚设计，顶采用厚200mm厚C20预制混凝土盖板过渡。三、农田防护与生态环境保持工程（一）项目区河流洪水分析1、 防洪标准根据有关规范的规定，项目区防洪设计标准为十年一遇（P=10%）。2、 设计洪水计算本项目区没有实测流量资料，由暴雨推求设计洪水。（1） 设计暴雨根根据《湖北省短历时等值线图》，查算得本项目区流域各短历时暴雨统计参数列，并计算得各历时P=10%，P=20%设计暴雨值。（2） 设计洪水设计洪水采用《湖北省产汇流计算方法》中的推理公式法计算。3、 洪水水面线计算（1）计算公式1）洪水水面线计算采用河道恒定非均匀流伯努利方程式：其中：hf为沿程阻力水头损失，hj为局部水头损失。2）桥梁壅高计算，根据《水利动能设计手册》中的公式计算:当洪水漫桥时，桥孔过程流按孔流公式计算，桥面漫流按竟顶堰公式计算。3）拦河低坝上下游水位差按堰流公式计算：当自由出流时，Q=当淹没出流时，Q=（2）计算条件1） 断面布设根据项目区河流长度以及跨河建筑物布设。对于拦河低坝，桥梁的上、下游以及支流汇入口的上、下游均布设有计算断面，各断面资料剖自1：1000实测地形图。2） 起始计算水位起始计算断面选取项目区出口断面。根据1971年大洪水洪痕调查结果，推得洪水水面比降为0.0086,再依P=10%设计流量79.8m3/s,并根据断面资料由曼宁公式求得P=10%洪水位为106.4m,以此作为起始计算水位。3） 糙率的选用本项目区没有实测水文资料和调查洪水资料，无法根据水文资料以及调整洪痕资料反推河道糙率，只能根据河道形态和河床质组或查阅《糙率表》，确定本项目区糙率取0.037。（二）岸坡防护工程1、护岸设计（1）防冲护岸设计说明由于项目区内河道以及区内有一些大断面的排洪沟，在项目区雨季洪水频发时段，河岸经常受到洪水冲涮，致使项目区多处河岸崩塌严重，威胁到两岸农田的耕作及通行道路的稳定，特别是当遇上特大洪水时，部分地质基础较为不稳定的河岸将受到毁灭性的冲击，因此项目区多处河岸急需修建防冲护岸以最大程度的保护受到洪水潜在威胁的耕地，但鉴于修建护岸工程投资大，本设计根据资金情况，仅能先对个别冲刷、崩塌严重的河段修建防冲护岸。经实地踏勘核实设计在河流两岸修建防冲护岸5条，总计长297米，采用埋石砼结构。具体特性见表4-6，工程量表见表4-6-1，断面设计见附图。埋石砼护岸稳定及应力分析计算，考虑堆土在最不利条件下的各力学参数选用挡土墙，采用以下公式估算其稳定性。K「=旦抗滑稳定计算公式： eh式中，Kc—抗滑稳定安全系数；£〃一作用于墙身上全部竖向荷载总和；EH一作用于墙身上全部水平荷载总和；/一底板与基础摩擦系数。K_£My抗倾覆稳定计算公式：°ZMo式中，K0—抗倾覆稳定安全系数；£切，—作用于墙身上各力对墙前趾的稳定力矩；EM。一作用于墙身上各力对墙前趾的倾覆力矩；b=当1土竺）基底应力计算公式：摭'B式中，"摭一挡土墙基底应力最大值及最小值；£丫一作用于墙身上全部竖向荷载总和；B一墙底宽度；e一墙底压力的偏心矩。通过计算挡土墙抗滑稳定系数KC应N1.3,抗覆稳定系数KDN1.5,即可满足稳定要求。（2）挡土墙典型设计修建埋石砼护岸采用重力式挡土墙结构。挡土墙高度根据实际情况而定。采用C15埋石砼（埋石率20%），基础0.8m，顶宽0.3m，外侧坡比1：0.1，内侧坡比1：0.2。墙身泄水孔采用直径为50mmPVC管，间距3m，渗水处适当加密，上下排泄水孔应交错设置，最下排泄水孔的出水口应至少高出地面30cm。排水管进口处包裹无纺土工布，墙背填土优先采用石料或土石混填。沿线地基土层含水量和密度均一，避免地基不均匀沉陷引起墙基和墙体断裂等形式的变形。挡土墙线应顺直，转折处采用平滑曲线连接。埋石混凝土护岸每隔12米设置一处横向伸缩缝，伸缩缝内埋置沥青板枋材，板宽为12cm，板厚20mm。本次设计的防冲护岸采用“理正岩土5.11”进行稳定性计算，结果表明新建护岸断面能满足抗滑、抗倾覆要求。坡面防护工程1、排洪沟经从1:1万地形图量算，可得各排洪沟集雨面积。流量设计：项目区排洪沟排洪流量，因排洪沟集雨面积很小，设计标准为重现期5年，采用由设计暴雨推算设计洪峰流量，小流域汇流计算采用推理公式，其解释表达式：Qm=O.278*，Sp/t'*F式中Qm为设计洪峰流量Cm3/s)；为洪峰径流系数;Sp和n为暴雨公式频率为P时的雨力参数(mni/h)和暴雨递减指数；t为小流域汇流时间(h)；F为排洪沟集雨面积(kni2)；0.278为单位换算系数。设计暴雨计算方法同上，求得重现期5年，24小时暴雨量为178.2mmo排洪沟过水断面：底宽为b(米)，水深为11(米)，边坡in,糙率n,比降i:过水断面3=(b+mh)h湿周x=b+2h(l+in2)12水力半径R=3/x系数C=(l/n)R"流量Q=3C(Ri)"流速V=Q/3当1<V<5m/s时，能满足不冲不淤要求。新建排洪沟采用埋石混凝土结构，每隔12米设置一处横向伸缩缝，伸缩缝内埋置沥青板杭材，板宽为12cm,板厚2Omni□土地平整计算原理根据项目区的现状，不需进行大规模平整。土地平整土方工程主要是荒地平整，项目区为水田，对田块平整要求不是较高，故对田块采用局部平整方式即可。对平整田块采用方格网法逐一进行土方计算，一般依据其自然坡度平整为水平格田，以免土方量太大，造成投资结构的不合理。本次规划采用方格网法进行土方计算，借助HTCAD软件进行土地平整工程土方辅助计算。经过与实际工程的对比分析发现，运算结果与实际工程相差不大，能够满足项目需要。

土方计算流程图修正设计高程土方计算流程图修正设计高程土地平整计算步骤如下：1、方格网交点实际高程计算通过插入法，利用已收集的自然标高，计算机计算出交叉点自然标高。计算简图如下。计算交点实际高程图交点实际高程计算公式如下：Hxa(H2H】)l式中：Hx——交点实际高程(m)；Hi、2 原有实际iWj程(in)；A——H】与交点距离；1——H】、足两点距离。2、 交点设计高程计算HHyi式中：H——交点设计高程(m)；Hy——已知田块平均设计高程(in)；i——田块坡降。3、 交点挖填方高度计算hHHx4、 土方零线的确定“零线”即挖方区与填方区的交线，在该线上，施工高度为零。零线的确定方法为：在相邻角点施工高度为一挖一填的方格边线上，用插入法求出零点的位置，将各相邻的零点连接起来即为零线，如图。5、 方格网土方量计算土方计算以三角锥为基础进行土方量计算，将方格按n种方式划分成多个三角锥，所有三角锥土方量之和按n取平均值即为该方格的土方量。如四边形的方格有两种划分方式。沿对角线划分方格，分成两个三角锥，分别对三角锥进行零线划分，得到三角锥及四棱锥(还有一种情况是没有零线，只得到一个三角锥，即原来的三角锥)，再分别计算锥体体积。方格网有零线穿过（即图8-3中h】、h4.h5>h6异号）时，沿对角线划分方格网无零线穿过（即图8-4中h】、h?、h3>hi同号）时，沿对角线划分方格，分成两个三角锥，每个三角锥都没有零线则方格网土方量为两个三角锥土方量之和。如为有挖有填，按照椎体和楔体V挖^锥，在实际应用中，还会遇到不规则方格土方量的计算，如区块边界不规则时，方格网布置过程中会自动裁边，首先以Pi为起点将方格划分为三个三角形，然后按照三角锥体积计算公式计算每个三角锥的体积，体积累加即为该划分方法下方格土方量，再分别以1）3、Pl、P5为起点切分五边形，取各种划分情况下的平均值作为方格的土方量。6、 表面清杂和表土剥离收集根据项目区规划情况，确定土地表面清理工程工作内容及数量，确