第一节灌溉渠道流量确定和设计3

(2) 续灌渠道设计流量的计算: 续灌渠道一般为干、支渠道，流量较大，上、 下游流量相差悬殊，这就要求分段推算设计 流量，各渠段可采用不同的断面。各级续灌 渠道的输水时间都等于灌区灌水延续时间， 可以直接由下级渠道的毛流量推算上级渠道 的毛流量。所以续灌渠道设计流量的推算方 法是自下而上逐级、逐段进行推算。生产实 际中一般用经验公式估算续灌渠道分段设计 流量。
具体推算方法以图为例说明如下：图中表示的渠系有1条干渠和4条支渠， 各支渠的毛流量分别为Q1、Q2、Q3、Q4，支渠取水口把干渠分成3段，各 段长度分别为L1、L2、L3，各段的设计流量分别为QOA、QAB、QBC，
计算公式如下：
具体推算可参见教材p125例3—1。
3．渠道最小流量和加大流量: 渠道最小流量可能出现于河流水源不足
的时候，有时灌区需对种植面积较小或灌水 定额较小的作物单独供水，也可能出现渠道 最小流量(Qmin)。最小流量用以校核对下一 级渠道的水位控制条件和确定修建节制闸的 位置，并按最小流量验算渠道不淤条件。
(1) 渠道最小流量的确定：为保证渠道顺利 输、配水，对于同一条渠道，其设计流量(Qd) 与最小流量(Qmin)相差不能过大，为了保证对 下级渠道正常供水，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。实际灌水中如某次灌水定额过 小，可实行集中供水，缩短供水时间；如因 水源缺水造成引水量过小，则可对支渠实行 续灌。
(2) 渠道加大流量的确定:加大流量是考虑到灌区管理运用中可 能出现规划设计未能预料到的变化(如种植比例变化、扩大灌溉 面积，稀遇的干旱气候等)和短时加大输水的要求，在设计时要 注意留有余地。同时，渠道加大流量也是设计堤顶高程的依据。 即:
堤顶高程 = 渠道加大流量水位+堤顶超高。
渠道加大流量的计算是以设计流量为基础，给设计流量乘以 “加大系数”即可。可按下列公式计算。
Q加大 = J Q设 式中：Q加大―渠道加大流量（m3s-1）；Q设―渠道设计流量（m3s1）；J ―加大系数(%)，可参照下表执行。
渠道流量加大系数与渠道流量进位规定:
渠道流量加大系数
渠道设计流量
<1
（m3s-1）
1—5
5—10
10—30
加大流量系数 J
1.35— 1.30
1.30—1.25 1.25—1.20
1.20— 1.15
>30
1.15— 1.10
注：轮灌渠道不考虑加大流量；抽水灌区干渠的加大流量按备用机组的抽水能力而定。
二、灌溉渠道纵横断面设计: 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。渠道纵、横断面设计应 除了满足渠道的输水、配水要求外，还应满 足渠床稳定条件，包括纵向稳定和平面稳定 两个方面。
一般对渠道横断面设计的要求是保证设计的断面能够输送 设计流量和加大流量，设计的断面渠床稳定，不冲涮，不淤积 ，不塌坡；对渠道纵断面设计要求是应尽可能保证渠道有足够 的水位高度，以满足灌区大部分地区实现自流灌溉；渠道土方 工程量小，渠系建筑物少，经济合理；纵向稳定要求渠道在设 计条件下工作时，不发生冲刷和淤积，或在一定时期内冲淤平 衡。平面稳定要求渠道在设计条件下工作时，渠道水流不发生 左右摇摆。
渠道纵断面和横断面的设计是互相联系、互为条件的。 在设计实践中应统盘考虑、交替进行、反复调整，最后确定合 理的设计方案。
1．渠道横断面设计 渠道横断面尺寸要根据渠道设计流量通过水力计算加以确定。 一般情况下采用明渠均匀流公式计算，即
式中：Q为渠道设计流量；A为渠道过水断面面积；R为水力半径，i为渠底 比降；C为谢才系数，一般采用曼宁公式进行计算，其中n为渠床糙率。
1
21
v R3i2
n
设计渠道时要求投资少，效率高，即在设计流量Q、比降i、糙 率系数n值相同的条件下，使渠道断面最小；或在相同断面条 件下通过的流量Q最大。符合这些条件的断面称为水力最佳断 面。
从公式
1
21
v R3i 2
n
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。半圆形断面是水力最佳断面，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。
A
X
R
B
B h
bh
b+2h
bh
b
b 2h
b
m
B bh
(b+mh)h
b 2h 1 m2
b
(b 2h
mh)h 1 m
2
b+2mh
（1）渠底比降：两端渠底高差和渠段间距离的比值称为渠底比 降。应根据渠道沿线的地面坡度、下级渠道进水口的水位要求、 渠床土质、水源含沙情况、渠道设计流量大小等因素，选择适宜 的渠底比降。清水渠道易产生冲刷，比降宜缓，如淠史杭灌区输 水渠道的比降为1／10000-1／28000。浑水渠道容易淤积，比降 应适当加大，如人民胜利渠灌区的渠底比降为1/1000—1／6000。 对黄河中下游地区：干渠：1/2000—1/5000；
支渠：1/1000—1/3000； 斗渠：1/200 — 1/1000。
（2）渠床糙率系数：渠床糙率系数n是反映渠床粗糙程
度的技术参数。确定糙率n值要慎重。若选择的渠床糙率较实 际渠床的糙率小，则渠道运行时的实际输水能力就会达不到设 计流量，满足不了灌溉水量的要求，还有可能造成渠道淤积； 当选择的渠床糙率大于实际值时，不仅增加渠道断面，而且还 会引起渠道的冲刷，渠中水位降低，减少渠道自流控制面积。 渠道的糙率系数值的正确选择不仅要考虑渠床土质和施工质量， 还要估计到建成后的管理养护情况。生产实践可参考已建灌区 采用数值或参考教材表3-13所示。 例n=0.025 或0.02看起来相差不大, 但1/n ,一个为40, 另一个为50, 相差25%。
x m
hh
x
（3）渠道的边坡系数：渠道的边坡系数m是渠道边坡倾斜程 度的指标，其值等于边坡在水平方向的投影长度和在垂直方向 投影长度的比值。m值的大小关系到渠坡的稳定，要根据渠床 土壤质地和渠道深度等条件选择适宜的数值。矩形断面的边坡 系数m等于零。大型渠道的边坡系数应通过土工试验和稳定分析 确定。当挖方深度大于5m，渠中水深大于3m时，应进行渠道土 壤稳定性分析，从而确定边坡系数值。若挖方小于5m，水深小 于3m，这时挖方渠道的边坡系数可参考已成灌区经验数据确定。 如果填方渠道的填方高度大于3m时，边坡系数应通过水工试验 和稳定性分析确定。