小型灌溉渠道U型槽衬砌断面规格选定
吕祖云
江西省水利科学研究院
伍春平
南昌赣抚平原水利管理站
蔡卫东
江西铅山县水利局
当前国家对小型农田水利建设的投入很大，而在小型灌溉渠道改造中大量使用预制混凝土U型槽进行防渗衬砌；但因小型灌溉渠道量大面广，针对每条渠道如按传统设计方法确定U 型槽规格的大小，显得十分复杂而繁琐。结合江西的实际应用经验，通过分析研究得出相对应表格，介绍了利用表格查询、合理选用U 型槽规格的实用方法，快捷简洁，提高了设计效率。
近些年来，国家对农村水利建设的投入很大，其中小型灌溉渠道的防渗衬砌占了很大的份额。通常情况下，小型灌溉渠道防渗衬砌方式有以下几种：预制混凝土U型槽衬砌、预制混凝土板衬砌、现浇混凝土衬砌以及其他复合材料、砖、石衬砌等等。因为U型槽可采用预制装配式施工，操作简便；且具有良好的防渗效果、水力性能及抗外力性能等优点，省工省料省时、占地少、便于管理，又可提前进行预制，因此，目前在小型灌溉渠道的防渗衬砌中应用较多。为了既满足灌溉防渗要求又节省资金，本文就U型槽衬砌断面大小规格的选定进行了研究与探讨，提出了简便易行之方法。
1 U型槽衬砌断面常用型式与规格
U型槽衬砌一般适合于流量Q≤0.4m3/s的小型灌溉渠道，U型槽的制作现在绝大多数都是机械化生产，既可保证施工质量，又可缩短工期。经过反复的设计研究与实践论证，形成了目前常用的U型槽横断面形式，其横断面示意图如图1所示。
U型槽的常用大小规格为UD30～80（D=2r，即直径，单位cm，UD即U型槽规格，UD30即直径D为30cm的U型槽）。按照渠道设计流量、比降的不同，采用不同规格的预制混凝土U型槽。断面设计时，计算糙率取n=0.014，渠堤超高取a=0.2m，衬砌超高取a1=0.1m。
图1 U型槽横断面型结构图
r—下圆弧半径，cm；h1—圆弧段水深度，h1=r（1-sinα），cm；α—直立段外倾角度，根据相关研究成果及市场现有U型槽模具规格，取α=14°；θ—圆弧段圆心角，θ=180°-2α；h2—圆弧段以上至水面的深度，cm；h—总水深，cm；H—衬砌渠槽深度，cm；B—衬砌渠槽口宽，cm；a，a1—渠堤和衬砌超高，m；δ—衬砌厚度，cm；b—两翼伸出长度，一般采用（2～3）δ，其作用是增加渠槽刚度并防止地表水进入衬砌体与基土的结合面，cm；i1—渠堤顶面向外的坡度，一般采用1/30～1/50
本文发表于2011年。
2 U型槽大小规格的选定
2.1 不同直径、水深、比降的相对应流量表
U型槽断面直径、水深、比降是确定其过流能力的三要素，通常在已知直径D、水深h、比降i的情况下，按照明渠均匀流流量计算式（1），计算流量，并根据计算流量和设计流量的差值，调整直径D或水深h。
式中：Q为流量，m3/s；w为过水断面面积，m2；R为水力半径，m，即w/x（x为湿周）；C为谢才系数；i为渠底比降。
为了查算方便，表1 给出了不同直径、水深、比降相对应的流量表，同时，结合江西的实际经验，给出了对应的渠深H和U型槽的厚度，供实际应用参考。
2.2 U型槽大小规格的选定
在已知渠道设计流量和渠道比降情况下，选择何种规格的U型槽，是我们经常要遇到的问题。现在这问题变得简单了，根据以上“不同直径、水深、比降相对应流量表”，即可选定合适规格的U型槽型号。在此要强调的是，在已知渠道设计流量和渠道比降选择U型槽型号时，应优先选用深窄式槽，也就是直径小，水深较深的U型槽，一是可以减少占用土地面积，二是有利于抬高水面线便于自流灌溉。此外，如实际比降与表中所列比降不一致，可采用“内插法”选定。
表1 不同直径、水深、比降相对应流量表
现举例如下：
某渠道设计流量Q=0.1m3/s，渠底比降i=1/1500，采用预制混凝土U型槽衬砌。
查“不同直径、水深、比降相对应流量表”，比降i1=1/1500列，满足流量要求的有UD50深50cm槽和UD60深45cm槽，按优先选用深窄式槽的原则，选定槽型为UD50深50cm的U型槽。
3 结语
小型灌区改造、大中型灌区田间配套、土地整理等，都涉及末级渠道的防渗衬砌。U型槽以机械化生产、防渗效果好等优点，被广泛使用。在总结实践经验的基础上，通过水力计算，制作实用的图表，可为快捷、方便选型提供便利。
参考文献：
［1］田富.实用水利技术手册［M］.北京：中国水利水电出版社，1995.
［2］水利电力部西北水利科学研究所.小型水利水电工程设计图集渠道防渗衬砌分册［M］.北京：水利电力出版社，1983.
本文发表于2011年。