北海河海水利水电设计院 广西北海 536000
摘要：渠道作为农田水利建筑物的一个重要组成部分，渠道运行的好坏，直接关系到种植的农作物产量及农民的经济收益。所以，科学且经济合理的设计渠道十分重要。在实际规划设计中，渠道的断面设计主要是由设计流量、渠道糙率、渠床实际地形及渠道占地等因素的影响，要科学且经济合理的设计渠道断面尺寸，要综合考虑各个因素。本文就以在已确定渠道的设计流量的情况下，对影响渠道断面尺寸设计的关键因素进行简要分析论述。
关键词：渠道设计；断面尺寸；关键因素
引言
农田水利规划中的渠道按级别可以分为干、支、斗、农渠，干渠直接从取水建筑物取水，农渠为田间最末级渠系，负责直接灌溉农田。渠道按材料可主要分为土渠、浆砌砖（石）渠道、混凝土渠道，其中土渠渗漏系数较高，渠床糙率大，灌溉效率极低，所以在农田水利规划设计中，渠道防渗普遍采用浆砌砖渠道和混凝土渠道。浆砌砖渠道和混凝土渠道造价相对较高，所以在渠道的断面设计中，一方面要确保设计的渠道的流量可以满足灌溉面积所需要的流量，还要考虑造价及占地等因素。
1、渠道断面尺寸的确定
渠道断面设计的主要是通过水力计算确定渠道断面尺寸。一般灌溉渠道在一定长度的渠段内具有同样的流量、同样的断面尺寸、同样的比降和大体一致的渠床糙率，符合明渠均匀流的水流条件，所以，灌溉渠道的断面尺寸按明渠均匀流公式，基本公式是：Q=wC（Ri）1/2；式中Q表示渠道的设计流量（m3/s），w表示过水断面面积（m2），R表示水力半径（m），i表示渠道比降，C表示谢才系数（m1/2/s）。上述均匀流公式中w=（b+mh）h，C=R1/6/n，R=w/x，x=b+2h，式中b表示渠道底宽（m），h表示渠道水深（m），m表示边坡系数。渠道断面设计主要是确定渠道的底宽b（m）、渠道水深H（m），通常通过渠道需要灌溉的农田面积先把渠道的设计流量Q计算出来，然后根据已经计算出来的设计流量通过最优水利断面来计算渠道的设计水深和设计底宽，最优水利断面设计水深及设计底宽公式分别为：
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，
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（
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可以根据边坡系数查表求得）
通过公式计算得到的设计水深和设计底宽可以根据实际地形进行适当调整，确定以后进行流速校核，如不满足就要对底宽和水深进行调整，直到满足要求为止，渠道深度为最终确定的设计水深加上渠道安全超高。
2、影响渠道断面尺寸设计的关键因素
通过渠道断面尺寸的确定方法以及明渠均匀流的公式，在设计流量已确定的情况下，渠道断面尺寸即渠道的底宽和渠深分别与渠道比降、渠床糙率和渠道的边坡系数这三个因素有关。
首先来看渠道比降，渠道比降就是渠道下降的高度和渠道长度比值，比降选择是否合理，关系到工程造和和控制面积，应根据渠道沿线地面的坡度、下级渠道进水口的水位要求等因素，参考当地灌区管理运用经验，选择适宜的渠道比降，一般情况下，为了减少挖填土工程量，在许可的情况下，应尽可能的选用和地面坡度相近的渠道比降，在渠道断面设计中，一般选用跟地面坡度接近的渠道比降。在渠道断面尺寸的设计时，可以参考地面坡度和下级渠道进水要求初选一个比降，计算渠道的断面尺寸，然后按不冲流速和不淤流速校核，如不满足要求时，对比降进行调整，然后重新进行计算。
渠道糙率系数是指渠床的粗糙程度，渠道糙率影响着渠道的输水能力和渠道工程量的重要因素，不但与渠道的衬砌形式有关，还与渠道的水、砂状况有关。渠道糙率的选定，要尽量符合实际，如果在设计渠道时，渠道的糙率选择值大于实际数值，不仅会导致最后确定的渠道断面尺寸较大，增加渠道的工程量，而且还会导致渠道流速较大，引起渠道的冲刷；如果渠道的糙率选择值小于实际数值，就会导致渠道实际输水能力就会比设计值偏小，满足不了设计引水要求。所以，渠道糙率数值的选用不仅要考虑渠床土质和施工质量，还要估计到以后的管理养护情况。设计大型渠道时，渠道糙率最好通过试验来确定，一般情况下，也可以参照国内外已有的渠道设计成果和运行状况来确定，美国垦务局通过多年的试验研究，并总结以往工程建设的经验，在设计时推荐：对于土质渠道，可采用下列
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（糙率）值：流量
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，糙率
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值取0.025；流量
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，糙率
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值取0.0225；对于全断面混凝土衬砌渠道，
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值一般随渠道的尺寸增加而增大，研究表明，
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值与水利半径R有下列相关关系：R≤1.2m时，
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值为0.014；R>1.2m时，
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渠道的边坡系数
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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，渠道边坡系数
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值太大，渠道断面尺寸太大，占地较多，导致渠道施工困难，边坡系数
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值太小边坡不稳定，容易坍塌，不仅管理维修困难，而且影响渠道正常输水。大型渠道的边坡系数应通过土工试验和稳定分析确定，一般渠道的边坡系数可根据经验确定。由于土质渠道渗漏较大，农田水利用系数较低，近年来在灌区改造项目和土地整理项目对渠道进行防渗硬化，渠道防渗硬化一般断面型式采用梯形断面和矩形断面，梯形断面边坡系数不为0，矩形断面边坡系数为0，在农田水利规划中断面设计中，占地是一个非常重要的影响因素，边坡系数大的话，会占用较多土地，如果占地问题解决不好，项目后期实施较为困难，甚至不能实施，所以，在渠道防渗时，渠道断面边坡的系数的选取要根据实际情况选取。以某项目为例，该项目为灌溉与排洪项目，包括一条灌溉渠道和一条排灌渠，灌溉渠道位于路边，而排灌渠位于农田中间，初步方案为灌溉渠道和排灌渠防渗断面选用梯形断面，边坡系数为1：1.25，渠道底板和护坡采用10cm厚的C15砼，该方案比较经济合理，但该方案在征求意见时，村民极力反对，由于排灌渠位于农田中间，采用边坡系数为1：1.25的梯形防渗断面，会占用到部分农田，为确保该项目能顺利实施，最终方案灌溉渠采用边坡系数为1：1.25的梯形防渗断面，而排灌渠由于占地问题，最后采用矩形断面，该断面底板采用10cm厚的C15砼底板，边墙采用30cm厚的C15砼边墙（直墙），经过比较，采用矩形断面比采用边坡系数为1：1.25的梯形断面造价相对较高，但是考虑到项目后期可以顺利实施，所以最终该排灌渠断面采用了矩形断面。
结束语
总之，渠道断面设计需要综合考虑多方面因素，应结合实际情况来考虑影响渠道断面设计尺寸的各个因素，一方面要考虑经济合理，但同时也要考虑项目能否顺利实施，最终得出最佳设计方案。
参考文献：
[1]吴持恭.水力学第3版[M].高等教育出版社，2006（12）.
[2]董安建，李现社.水工设计手册（第2版）第9卷 灌溉、供水[M].中国水利水电出版社，2014（04）.