淺析灌區(qū)改造渠道設(shè)計(jì)水面線

陳占坤

摘?要：我國(guó)的大中型灌區(qū)大多修建于20世紀(jì)六七十年代，由于當(dāng)時(shí)的現(xiàn)代化水平低，因此建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，工程老化失修嚴(yán)重，至使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到很大影響，嚴(yán)重影響了灌區(qū)工程效益發(fā)揮，因此，進(jìn)行渠道水面線定量計(jì)算，進(jìn)行灌區(qū)工程的改造與修復(fù)，進(jìn)行渠道設(shè)計(jì)水面線的優(yōu)化分析，確定一條既能滿足灌區(qū)改造設(shè)計(jì)的目標(biāo)，從渠尾向渠首逐段推求渠道水面線，是灌區(qū)續(xù)建配套改造的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：渠道設(shè)計(jì)?灌區(qū)改造?工程效益

中圖分類號(hào)：TV135 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0054-01

1研究意義

農(nóng)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，我國(guó)又是一個(gè)水資源相當(dāng)貧乏的國(guó)家，我國(guó)現(xiàn)有大型灌區(qū)四百多個(gè)，中國(guó)水資源總量約為28124億m3，占全國(guó)有效灌溉面積的百分之三十多，我國(guó)人均水資源量排在世界一百多位，大型灌區(qū)是我國(guó)重要的糧棉油生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)用水是中國(guó)用水大戶，是解決人口吃飯問(wèn)題的主力軍。在農(nóng)業(yè)用水嚴(yán)重缺乏的情況下，灌區(qū)工程已不能適應(yīng)我國(guó)農(nóng)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，并且我國(guó)還存在著嚴(yán)重浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象，急需開(kāi)展以節(jié)水為中心的續(xù)建配套與節(jié)水改造。

現(xiàn)在，國(guó)家對(duì)大中型灌區(qū)的節(jié)水改造十分重視，為使日后能水資源充分發(fā)揮其效益，從1998年開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)全面啟動(dòng)大中型灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目，以發(fā)揮灌區(qū)灌溉效益。我國(guó)的大中型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)只有0.4～0.6，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉效益的根本途徑是通過(guò)灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃進(jìn)行技術(shù)咨詢，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行續(xù)建配套和節(jié)水改造，提高規(guī)劃水平，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，得出一條合理的新的渠道設(shè)計(jì)水面線，采取以節(jié)水為中心的工程，并以改造后新的設(shè)計(jì)水面線為綱領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)和管理等綜合措施，農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)和管理等綜合措施對(duì)灌區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的改造，從而提高灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益，這是大中型灌區(qū)改造設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。

對(duì)灌區(qū)工程進(jìn)行系統(tǒng)而全面的改造在我國(guó)是一項(xiàng)史無(wú)前例的工作，對(duì)于灌溉工程的修復(fù)和現(xiàn)代化改造工作，在充分了解并掌握灌區(qū)工程的現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，世界糧農(nóng)組織和國(guó)際灌排委員會(huì)提出了相關(guān)意見(jiàn)。我國(guó)各水利機(jī)構(gòu)和科研院所對(duì)灌溉工程修復(fù)做了大量總結(jié)，并指出灌區(qū)改造的主要工程措施及非工程措施。

即通過(guò)對(duì)工程的續(xù)建配套措施的整險(xiǎn)加固，逐步推行用水戶自主管理灌區(qū)的方式。減少滲漏，降低渠道的糙率，執(zhí)行節(jié)水型灌溉制度，增加封水性，加強(qiáng)和完善量水設(shè)施，實(shí)行灌排分開(kāi)、單灌單排。逐步完善田間配套工程，推進(jìn)灌區(qū)信息化建設(shè)，對(duì)原有渠系及建筑物等進(jìn)行重新布置，將各種新材料、新工藝、新技術(shù)、新思想、新方法結(jié)合，利用現(xiàn)代化測(cè)試手段進(jìn)行量水，提高灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平。提高灌區(qū)管理人員素質(zhì)，以增強(qiáng)灌區(qū)管理效率。

2灌區(qū)渠道水面線計(jì)算

渠道水面線。明渠水流是指在明渠中流動(dòng)，可以是恒定流或非恒定流，或均勻流或非均勻流，具有顯露在大氣中的自由表面，水面上各點(diǎn)的壓強(qiáng)都等于大氣壓強(qiáng)。特點(diǎn)是明渠的底坡線、水面線、總水頭線彼此不平行。

水面線分析的目的在于預(yù)先判定水面線的一般形狀及其特性，分析的內(nèi)容包括水面線是雍水曲線還是降水曲線，水面線的凹向，水面線兩端的變化趨勢(shì)。渠道的底坡可能存在正坡、平坡、逆坡等三種情況。對(duì)于不同底坡的渠道，首先要進(jìn)行分區(qū)；伴隨著流態(tài)的轉(zhuǎn)變，要產(chǎn)生水躍或水跌，具體發(fā)生何種類型的水面曲線，則應(yīng)根據(jù)底坡的實(shí)際情況，參照其性質(zhì)及外界控制條件進(jìn)行確定。正坡明渠干擾遠(yuǎn)端水流應(yīng)為均勻流。

定性分析應(yīng)注意定量計(jì)算的起始段面為控制斷面，緩坡渠道下有很遠(yuǎn)處為均勻流，同一棱柱體渠道中，緩坡上均勻流為緩流。急流干擾波不能向上游傳遞，水流從急到緩，或者水流從緩到急，都會(huì)產(chǎn)生水躍。

渠道水面線計(jì)算?，F(xiàn)有的渠道水面曲線計(jì)算方法很多，如分段求和法、數(shù)值積分方法、水力指數(shù)法、圖解法等。我們運(yùn)用分段求和法，適用于棱柱體和非棱柱體渠道。計(jì)算中要掌握斷面幾何要素及水力學(xué)要素，斷面比能、臨界水深及臨界底坡，其中斷面比能以過(guò)渠道最低點(diǎn)的水平面為基準(zhǔn)面，比能曲線要注意使用在斷面形狀尺寸及流量一定的條件下，而臨界水深是指流量及斷面形狀尺寸一定的條件下，相應(yīng)于斷面比能最小。臨界底坡在流量和斷面形狀尺寸一定的棱柱體正坡明渠中，取決于流量及斷面形狀尺寸，利用臨界底坡判斷明渠均勻流的水流流態(tài)，并與粗糙系數(shù)有關(guān)，臨界坡上的均勻流是臨界流；水面曲線的計(jì)算類型包括已知兩端水深，求流段距離。已知一端水深和流段距離，求另一端水深；計(jì)算步驟包括棱柱體明渠水面曲線，非棱柱體明渠水面曲線；計(jì)算機(jī)算法流程圖包括正常水深、臨界水深及臨界低坡、水面線。

3項(xiàng)目區(qū)渠道改造設(shè)計(jì)水面線

在所有的輸配水渠道系統(tǒng)中，灌區(qū)渠道設(shè)計(jì)水面線分析與確定，關(guān)系到灌溉面積的大小。干渠作為主要的輸配水渠道，關(guān)系到灌區(qū)改造工程量的大小干渠的設(shè)計(jì)水面線是灌區(qū)渠系設(shè)計(jì)水面線的關(guān)鍵指標(biāo)，關(guān)系到灌溉效益大小，干渠渠道水利用損失在渠系水利用損失中所占的比重也最大，所以考慮工程改造前后的實(shí)際情況變化，根據(jù)實(shí)際情況確定出最優(yōu)的水面線。

項(xiàng)目區(qū)渠道最優(yōu)設(shè)計(jì)水面線要充分考慮渠系建筑物的現(xiàn)狀，在對(duì)灌區(qū)附屬建筑物全面測(cè)量的基礎(chǔ)上，滿足渠道及渠系建筑物輸水及改造工程量最小，考慮灌區(qū)的實(shí)際情況，推求出新的改造設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)最優(yōu)水面線。

大型灌區(qū)的改造必須堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量建設(shè)，必須有一套正確的建筑物高程資料。擬對(duì)整個(gè)干渠進(jìn)行襯砌，經(jīng)反復(fù)計(jì)算比較獲得建筑物過(guò)流所需的水頭，使干渠水面線進(jìn)行新的復(fù)核并進(jìn)一步優(yōu)化。最優(yōu)水面線分析原則要做到進(jìn)行方案比較，有利于下級(jí)渠道分水取水，并在現(xiàn)有的條件下，使改造建筑物最少，總的工程量最小；最優(yōu)水面線分析方法從渠尾向渠首推求水面線，以利各支渠取水。重新確定建筑物的底板高程。

項(xiàng)目區(qū)渠道設(shè)計(jì)水面線改造方案的擬定時(shí)首先要進(jìn)行水面線改造方案擬定，然后進(jìn)行詳細(xì)分析，才能針對(duì)灌區(qū)存在的問(wèn)題作多次方案研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)灌區(qū)附屬建筑物全面測(cè)量的基礎(chǔ)上，然后必須根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)在的實(shí)際情況和需要，滿足下級(jí)渠道取水要求，最后才能提出合理的渠道設(shè)計(jì)水面線方案；必須考慮續(xù)建配套與節(jié)水改造，遵循改建工程量少，使渠中水流滿足明渠均勻流的條件；要解決灌區(qū)存在的各種問(wèn)題，實(shí)行渠道設(shè)計(jì)水面線的優(yōu)化計(jì)算，通過(guò)計(jì)算機(jī)反復(fù)計(jì)算，求解出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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