田间排水渠水毁成因及修复设计探讨

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1灾情

2021年9月至10月,发生连续强降雨,导致三原县城关街办、西阳、大程、陂西4镇（办）出现在严重涝情,造成大面积农田积水和部分群众居住及财产安全受到威胁。本次洪涝灾害受涝面积3.32万亩,其中：城关0.57万亩、西阳0.83万亩、大程0.91万亩、陂西1.01万亩,排水渠水毁严重,部分民房被积水围困,300余户群众房屋出现裂纹渗透等情况,灾害影响人口1.01万户41445人。为确保群众生命安全,各镇办积极迅速开展防汛减灾工作,动用排水机泵332台套,疏通排水渠61km。本次涝灾一方面造成大面积农田积水,致使秋收秋播受到严重影响；一方面威胁到部分群众住宅安全,区内防汛减灾形势十分严峻。根据当前现状急需对区内排水渠进行灾后恢复重建,解决排水渠沿途经过村庄、农田渍涝灾害和居住安全,同时控制地下水位上升,改善基本农田,确保人民生命财产,是十分必要的。

2水毁成因分析

县域农田排水工程多建于20世纪50至70年代,80年代先后经历了大规模的整治。后期由于资金短缺,排水渠多年无人管护,出现淤积、填埋现场严重,致使排水体系瘫痪,不能发挥其应有的作用。根据对排水渠现状进行彻底调查发现：多半以上的农田排水渠都是淤泥,附近村民私自填平农田排水渠种植农作物,农田排水渠和排水管涵塌陷以及杂草、树枝、秸秆等农业垃圾造成排水渠的严重堵塞。由于现状淤积造成实际流量与设计流量严重不符,影响排水能力,急需整治改造。目前排水工程主要存在以下问题：排水工程自80年代改善以来,已运行近四十年,加之长期以来,管理维护工作跟不上,渠道淤积严重,原设计2m~3m深的排水渠,目前渠道深度为0.5m~1.5m,平均淤积厚度1.5m以上,断面变小,比降变缓,局部出现倒比降,壅水阻水严重,已无法满足排水要求；同时因在雨季无法及时排除雨水,造成农作物被淹,造成减产甚至绝收,给老百姓造成了不可估量的损失。

3修复方案

3.1设计原则

区内原有排水系统,布置基本合理,本次在原有排水系统骨架的基础上对排水渠进行灾后修复,工程规模及参数参考历史断面及当前排洪排涝需要确定,尽量缩短长度,严控断面面积,少占或不占耕地；根据村镇规划及环境工作要求,采取明渠与暗渠结合的形式；尽量避开建筑密集区及地形变化复杂地带；统筹兼顾,充分征集镇村及群众意见和建议。

3.2设计暴雨

3.2.1设计暴雨计算

由于气候和地形等因素的影响,一场暴雨在流域空间的分布是极不均匀的。设计洪水的分析计算内容一般包括：设计点暴雨量、设计面暴雨量、设计洪峰流量、设计洪峰总量。设计点暴雨量推算需先确定设计点暴雨历时,从而查得年最大点雨量均值Ht及CV,以CS=3.5CV,由皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数表查得设计频率的KP值,按公式Htp=KPHt计算设计频率点暴雨量。根据《治涝标准》（SL723-2016）确定,设计暴雨重现期采用十年一遇。根据《咸阳市实用水文手册》流域面积小于300km2时,设计历时采用12h,故选取设计暴雨历时为12h。根据点暴雨参数以CS=3.5CV查皮尔逊Ⅲ型曲线模比系数KP值表,求得10年一遇1h、3h、6h、24h点雨量,见表1。由公式H12=（H24×H6）0.5求得12h十年一遇点雨量。各历时面暴雨量由公式Htp面=αtHtp计算,点面系数αt值根据下式计算：其中F为集流面积（km2）,即求得的各历时点面系数at,见表2。面雨量Htp面见表2（④、⑥栏）,即12h十年一遇面雨量为79.70mm。

3.2.2设计洪峰流量计算

参考《咸阳市实用水文手册》和陕西省水土保持局《陕西省涝池建设技术导则》（试行）,采用推理公式法计算暴雨设计洪峰流量,公式如下：Q=0.278KIF式中：Q为设计洪峰流量,m3/s；I为设计条件下最大降雨强度,mm/h；K为径流系数；F为集流面积,km2。计算结果见表3。

3.2.3设计洪峰总量计算

设计洪水总量按下式计算：W=10KRF式中：W为洪水总量,m3；R为设计条件下降雨量,mm；K为径流系数；F为集流面积,hm2。计算结果见表4。

3.3排水标准

治涝标准：根据《治涝标准》（SL7231-2016）规定,结合本工程实际确定：设计暴雨重现期为10年、农田设计暴雨历时为1d、涝水排出时间为3d、涝水排除程度为田间无积水。排水工程以排涝、排渍为主,兼有防止盐渍化的作用,根据《灌溉与排水设计规范》,排水设计标准是指对一定重现期的暴雨或一定量的灌溉渗水、沟道退水,在一定的时间内排除涝水或降低地下水位到一定的适宜深度,以保证农作物的正常生长。其包括设计暴雨重现期、排渍设计深度、地下水临界深度、排水历时等。（1）设计暴雨重现期：根据《治涝标准》（SL723-2016）确定,设计暴雨重现期采用十年一遇,设计暴雨历时采用12h。（2）根据区内多年来的试验资料,主要作物小麦的耐淹水深10cm,耐淹时间1.5d；玉米的耐淹水深15cm,耐淹时间3d。（3）排渍设计深度：根据灌区试验站多年试验观测资料,排渍设计深度为1.0m。（4）地下水临界深度：区内排水工程上游地区为1.2m,下游地区为1.5m。

3.4修复工程设计

3.4.1平面布置

区内排水系统工程经勘测和调查,沟线走向合理,同时本工程为修复工程,渠道不进行改线,基本维持原沟道走向,只对局部进行调整,本着工程不再新占用地的原则,根据渠道的占地清册,控制新老渠道中心线偏差不超过1.0m。

3.4.2排水渠纵、横断面设计

（1）纵断面设计在地形许可而工程量增加不大的情况下,尽量采用较陡的比降,以防淤积,按照地面起伏情况及沟道纵断面设计原则。沟道挖深主要根据田间排水定额,并考虑地形,水面衔接推算确定,结合实际情况确定沟深。根据排水渠多年运行实际情况,一般常流量不大,流速小,且易生杂草,因此排水渠设计采用糙率值较一般黄土高,取0.03,暗沟段糙率取0.014。（2）横断面及衬砌结构设计根据《灌溉与排水工程设计标准》（GB50288-2018）和《农田排水工程技术规范》（SL/T4-2020）,结合实测断面,通过水力计算,横断面沟底宽度0.5m~2m,内边坡1∶1,沟岸宽度不小于1.0m。沟道水力计算过流断面根据设计流量按均匀流公式：Q=1/n××R2/3×i1/2式中：Q为流量,m3/s；为过水断面面积,m2；n为糙率；R为沟道水力半径,m；i为沟道比降。

3.4.3沟系建筑物设计

（1）管涵为方便排水渠清淤、满足农田耕作,根据实际需求布设过路管涵。管涵均采用Ⅱ级钢筋砼排水管过水,基础采用C20现浇砼,下铺30cm后砂砾石垫层,管顶回填土不小于0.8m,管涵采用土路面,过路管涵路面为18cm厚C25砼,路基采用30cm厚3∶7灰土。管涵进出口采用M10水泥砂浆砌石挡土墙形式,采用M12.5水泥砂浆勾缝,外侧竖直与渠线垂直,内侧5∶1放坡；管涵防护栏杆采用50cm高M10水泥砂浆砌石墩墙,砌石外露部分采用M12.5水泥砂浆抹面,管涵防护栏杆宽度35cm。（2）警示牌设计警示牌参照《道路交通标志和标线》（GB5768-2009）、《公路交通标志板技术条件》（JT/T279-1995）标准进行设计。警示牌标志板采用3mm厚铝合金板,表面采用反光膜,保证字迹清晰；立柱采用DN80无缝钢管,壁厚4.5mm,地面以上高2m,表面采用镀锌防锈处理,杆体与标志牌连接部分,采用厚度5mm专用镀锌抱箍连接；基础采用C25砼,基坑尺寸60cm×60cm×80cm。预埋4根直径16mm长60cm钢筋,采用m16镀锌螺栓与立杆连接。本次设警示牌6处,分别位于排水1渠桩号0+000m、1+159m,排水2渠桩号0+000m、0+332m,排水3渠桩号0+000m、0+327m。（3）防护网设计对穿村庄段进行安全防护,安全防护方式为浸塑钢丝网防护。钢丝网防护基础为现浇砼,断面尺寸长×宽×高=40cm×40cm×50cm,立柱为φ73×3.5mm钢管,钢丝网采用高度180cm浸塑钢丝网,钢丝网丝直径3mm,网孔6cm×10cm。本次分别在排水1渠布设225m（桩号0+000m-0+225m）、排水2渠布设250m（桩号0+000m-0+250m）、排水3渠布设169m（桩号0+000m-0+169m）防护网。

4结论

排水工程是一项兴利除害的社会公益事业,排水工程修复后,将会有效地控制地下水位上升,使地下水位相对稳定,免除地下水位上升带来的渍涝灾害；同时减除涝灾对人民生命财产的危害,彻底改变涝区地区人民群众的居住生活条件,减免灾害损失。

作者：张晓曼 单位：陕西泾惠渠灌溉中心