一、渠道
渠道是灌溉、发电、航运、给水、排水等水利工程中广为采用的输水建筑物。渠道设计的任务是在完成渠系布置之后，推算各级渠道的设计流量，确定渠道的纵横断面形状、尺寸、结构和空间位置等。
（一）渠道的基本要求
1.渠道流速要求
渠道中的流速，应小于渠道的允许不冲流速，大于允许的不淤流速。渠道的临界不冲流速，主要取决于渠道的表面材质、过水断面、水深及水力要素等因素。一般土质渠道小于1m/s；石质（包括砌石）渠道不冲流速变幅很大，在2～20m/s之间；混凝土渠道不冲流速为5～10m/s；沥青混凝土不冲流速为2～3m/s。不淤流速与渠道糙率、渠道水流的挟沙能力等确定，大型渠道的最小平均流速应大于0.5m/s，小型渠道不小于0.3m/s。
2.渠道渠床稳定
为了使渠道稳定，不仅要保证渠道全线各断面上不发生冲刷和淤积，同时还要保证渠道在平面上的稳定，使其不局部冲刷渠床两岸。
随着渠水深度的增加，临界不淤流速将不断加大（逐渐接近不冲流速），如果水深过大，则很容易发生冲刷。因此，为了在流量加大时保持渠道不冲不淤的稳定流速，应当较多地增加渠底宽度。不冲不淤的渠道一般具有宽而浅的断面，通过的流量愈大，宽深比值亦愈大。
渠道除应满足以上条件外，还应满足输水能力大、渗漏损失小、施工管理方便、工程造价低等条件。
（二）渠道的纵、横断面设计
渠道的断面设计包括横断面设计和纵断面设计，两者是互相联系、互为条件的。在实际设计中，纵、横断面设计应交替，并且反复进行，最后经过分析比较确定。
合理的渠道断面设计，应满足以下几方面的具体要求：①有足够的输水能力，以满足灌区用水需要；②有足够的水位，以满足自流灌溉的要求；③有适宜的流速，以满足渠道不冲、不淤或周期性冲淤平衡，以满足纵向稳定要求；④有稳定边坡，以保证渠道不坍塌、不滑坡；⑤有合理的断面结构型式，以减少渗透损失，提高灌溉水利用系数；⑥尽可能在满足输水的前提下，兼顾蓄水、养殖、通航、发电等综合利用要求；⑦尽量做到工程量最小，以有效地降低工程总投资；⑧施工容易，管理方便。
1.渠道横断面设计
（1）渠道横断面的形状。常见的有梯形、矩形、U形等。一般采用梯形，它便于施工，并能保持渠道边坡的稳定；岩石渠道，宜采用矩形断面；小型渠道，可采用预制U形渠道。
为了提高渠道的稳定性、水的利用率、减少渗漏损失、缩小渠道断面，可根据《渠道防渗工程技术规范》（GB/T50600—2010）采取各种防渗措施，防渗渠道断面形式如图6-18所示。
图6-18 防渗渠道横断面示意图
（a）梯形断面；（b）矩形断面；（c）复合形断面；（d）弧形底梯形断面；（e）弧形坡脚梯形断面；（f）U形断面；（g）城门洞形暗渠；（h）箱形暗渠；（i）正反拱形暗渠；（j）圆形暗渠
（2）渠道横断面结构。渠道横断面结构有挖方断面、填方断面和半挖半填断面三种形式（图6-19），主要是渠道过水断面和渠道沿线地面的相对位置不同造成的。规划设计中，常采用半挖半填的结构形式，或尽量做到挖填平衡，以避免深挖、高填，以减少工程量，降低工程费用。
（3）渠道横断面设计。渠道横断面设计主要内容是根据渠道设计参数，通过水力计算（明渠均匀流公式）确定横断面尺寸。对于梯形渠道，横断面设计参数主要包括渠道流量、边坡系数、糙率、渠底比降、断面宽深比以及渠道的不冲、不淤流速等。
2.渠道纵断面设计
图6-19 渠道横断面结构示意图（单位：m）
（a）挖方渠道横断面示意图；（b）填方渠道横断面示意图；（c）半挖半填渠道横断面示意图
灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求，而且要满足水位控制的要求。渠道纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置。一般纵断面设计主要内容包括：确定渠道纵坡比降、设计水位线、最低水位线、最高水位线、渠底高程线、渠道沿程地面高程线和堤顶高程线，绘制渠道纵断面图。渠道的纵断面如图6-20所示。
渠底纵坡比降是指单位渠长的渠底降落值。渠底比降不仅决定着渠道输水能力的大小、控制灌溉面积的多少和工程量的大小，而且还关系着渠道的冲淤、稳定和安全，必须慎重选择确定。(https://www.daowen.com)
渠道纵坡选择时应注意以下几项原则：
（1）地面坡度。渠道纵坡应尽量接近地面坡度，以避免深挖高填。
（2）地质情况。易冲刷的渠道，纵坡宜缓，地质条件较好的渠道，纵坡可适当陡一些。
图6-20 渠道纵断面示意图与渠系建筑物图例
（3）流量大小。流量大时纵坡宜缓，流量小时可陡些。
（4）含沙量。水流含沙量小时，应注意防冲，纵坡宜缓；含沙量大时，应注意防淤，纵坡宜陡。
（5）水头大小。提水灌区水头宝贵，纵坡宜缓；自流灌区水头较富裕，纵坡可以陡些。
【例6-1】 某灌区三支渠渡槽入口处渠道设计流量Q设=7.17m3/s，采用梯形断面，渠底宽度2.4m，边坡系数m=1.5，渠道比降i=1/5000，渠床糙率n=0.025，渠道不冲流速为0.80m/s，为防止渠床杂草滋生，最小允许流速为0.4m/s，试设计该渠道过水断面尺寸。
解：采用试算法，计算过程如下。
（1）初拟渠底宽度b=2.4m，假设水深h=2m，作为第一次试算。
（2）计算渠道横断面的水力要素：
（3）计算渠道设计流量：
（4）校核渠道设计流量：
因为计算结果，经校核不符合设计要求，需要重新试算。我们分别假设水深h=2.05m，h=2.06m，h=2.08m，按照上述步骤重复计算，将计算结果列入表6-1。
表6-1 渠道横断面尺寸计算表
根据计算表6-1可以看出，h=2.08m，符合设计流量要求。
该渠道的设计底宽为2.4m时，设计水深对应的准确值为2.08m。
（5）校核渠道流速：
设计流速满足校核条件，即0.4m/s＜0.62m/s＜0.80m/s。