有關(guān)引水渠施工技術(shù)要點分析

李久陽

( 新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，烏魯木齊835400)

1 引水渠的作用與分類

1.1 引水渠的主要作用

所謂引水渠即連通水源、排水區(qū)與泵房的明渠，即泵站的引水渠。具體而言，引水渠的主要作用體現(xiàn)在以下幾個方面:①采用引水渠可以拉近泵房與灌區(qū)的距離，縮短輸水管道的長度，從而降低工程的投資成本與能量消耗;②有利于水泵的正向進(jìn)水;③可以防止泵房直接接觸水源，有利于泵房結(jié)構(gòu)的簡化與施工的簡便;④有些泵站需要由多泥沙的水源中抽水，所以采用引水渠可以提供設(shè)置沉沙池的場地，并且如果水源水位的變化幅度較大，地面坡反而相對平坦，也可以采用引水渠的作法來降低工程成本。

1.2 引水渠的分類

具體而言引水渠根據(jù)其是否具備自動調(diào)節(jié)的能力可以分為兩種。其中引水渠如果具備自動調(diào)節(jié)功能，那么其渠頂是保持水平或者逐漸升高的，而不是根據(jù)一定的坡降沿渠逐漸降低的，從而從渠中通過的水流如果在設(shè)計流量范圍內(nèi)，則其水面線會與渠底保持平行;而如果泵站不運(yùn)行，則渠中水位與水源水位保持齊平。具有自動調(diào)節(jié)功能的引水渠由于具有一定的容積，可以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，所以無論渠中通過的水量是大是小，均可以保證其水位始終低于渠頂，防止出現(xiàn)漫頂現(xiàn)象，因此針對這種引水渠無需設(shè)置控制建筑。

另外一種引水渠則是不具備自動調(diào)節(jié)功能，其渠頂沿渠有一定的坡降，其坡降值通常等于渠底的坡降值。這種引水渠沒有調(diào)節(jié)容積，因此不具備自動調(diào)節(jié)的能力。如果渠中通過的水流量不超過設(shè)計流量要求的范圍，可以保證其處于正常運(yùn)行的狀態(tài)，但是一旦超過設(shè)定值，則會出現(xiàn)渠水漫頂?shù)默F(xiàn)象，所以在引水渠的渠道要設(shè)閘節(jié)制，或者末端設(shè)置相應(yīng)的溢水設(shè)施。不同的場合選擇不同的引水渠，通常站前出現(xiàn)高水位運(yùn)行的泵站比較適合帶有自動調(diào)節(jié)功能的引水渠，這樣可以節(jié)省能量消耗，不過這種引水渠的填挖方工程量相對較大，而且要求泵房與前池的邊墻要設(shè)置一段較高的擋水段，相應(yīng)的工程成本就會增加;此外，如果水源水位出現(xiàn)大幅波動，還要考慮其對渠道控制建筑物的影響等因素。一般情況下要求灌溉泵站的泵房設(shè)置在灌區(qū)控制高程附近的位置，所以引渠在深挖方中可以挖成具備自動調(diào)節(jié)功能的引渠。而無自動調(diào)節(jié)功能的引水渠一般適用于從自流渠道中引水的灌溉站的引渠，二級以上的泵站引渠以及排水站的引渠等，其成本低，施工方便。

2 引水渠的施工技術(shù)要點

具體而言，引水渠的施工技術(shù)要點主要包括以下幾個方面:

2.1 引水渠斷面的設(shè)計

在設(shè)計引水渠的斷面形狀時需要考慮地形因素、地質(zhì)條件等，不過最常見的仍是梯形斷面，而斷面面積的大小則參考工程實際的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。通常在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較前，首先要估算出斷面的大概面積，參考渠中的流速為1． 2 ～1．5 m/s;對于有調(diào)節(jié)功能的引水渠而言，在確定其最高水位時，要分別計算出渠中流量最大時突然產(chǎn)生正波時的水平以及渠中流量歸零時的情況，比較分析后再確定下來。注意引渠渠尾的水深變化幅度，如果變幅過大會導(dǎo)致引渠坍坡，增加泵房擋水的高度，特別是針對負(fù)值吸水的泵房，會產(chǎn)生更大的影響，最終增加工程投資成本。所以在設(shè)計引水渠斷面時要設(shè)計出至少3 種方案，即在渠道設(shè)閘控制、在渠尾設(shè)置溢流設(shè)備、增加泵房擋水高度等，比較3 種方案的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性。其中工程成本與渠道斷面面積的大小成正比關(guān)系，即斷面越大，成本越高，不過渠中的水流速度會相應(yīng)的減小，所以可以降低水頭損失;而渠斷面越小則可以降低工程成本，但是渠中水流的速度也會相應(yīng)的提高，從而增加水頭損失提高了渠道的成本，最終也會影響到工程的基本建設(shè)投資; 并且比較而言，增加斷面只會增加修建渠道的初期投資成本，但是水頭損失則是一項長年的支出，所以在設(shè)計引水渠斷面時，首要考慮的是經(jīng)濟(jì)性因素。

此外，由于引水渠水面坡降導(dǎo)致的能量消耗，可以通過設(shè)計很容易求出，不過在引水渠后續(xù)長期的運(yùn)行使用過程中，水源的水位、水泵的運(yùn)行數(shù)量等不可能一成不變，這些動態(tài)的變化導(dǎo)致引水渠實際的工作歷時與理論上的設(shè)計情況不相符，所以在計算引水渠引起的能耗時，要充分考慮這一因素。

2.2 確定引水線路與長度

在選擇引水渠的流經(jīng)線路時，要全面考慮工程所處的地形情況、地質(zhì)條件、施工技術(shù)、填方與挖方的平衡、經(jīng)濟(jì)因素等。在確定泵站引水渠的長度時，要綜合對比兩個方面的技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性:①對比輸水干渠，因為如果輸水干渠長度過大，其填方工程量相應(yīng)的也會較大，并且滲漏損失也較高;②對比出水管道，如果出水管道過長，同樣會提高工程的投資成本，增加能量的消耗，并且還存在出現(xiàn)水錘事故的可能。此外，如果水源的含沙量較多，那么在設(shè)計引水渠的長度時，還要將沉沙的因素考慮進(jìn)來。對于臨時性泵站而言，由于其使用期相對較短，所以實際的引水渠長度設(shè)計盡量遵循投資最小的原則;當(dāng)然，如果泵站是長期使用的，則渠道的經(jīng)濟(jì)長度要遵循管理成本最低的原則。由此可見，引水渠線路的長度設(shè)計要基于經(jīng)濟(jì)性的角度，綜合考慮其它各種具體的條件。

2.3 引水渠與水泵的配合運(yùn)行計算

一般情況下在確定引水渠的斷面與縱坡時，要求水源在設(shè)計水位下，參考設(shè)計過程中最大流量時渠中保持等速流的條件來確定。不過泵站在實際運(yùn)行過程中，水源的水位是一項不確定因素，并且水泵運(yùn)行的數(shù)量不同，渠中流經(jīng)的水流量也存在差異，所以引水渠在絕大部分時間是處于非等速流的狀態(tài)下運(yùn)行的，此時要求渠尾水深必須可以滿足水泵或者吸水管的最小吃水深，并且不得淹沒泵房，或者出現(xiàn)漫溢的問題，因此要對各種不同水位下水泵的工作點進(jìn)行嚴(yán)格的校核，特別是一些水泵揚(yáng)程低、引水渠線路長的泵站以及多級提水泵站，更應(yīng)作為校核的重點對象。

2.4 施工過程中的其它問題

在引水渠的施工過程中可能會存在以下問題需要注意:①有些工程位于引水渠控制范圍內(nèi)的號房基礎(chǔ)必須采用預(yù)制樁，在進(jìn)行打樁施工時會擠壓到基礎(chǔ)周圍的土體，尤其是軟土地基的施工，會出現(xiàn)嚴(yán)重的擠土現(xiàn)象，并且工程的地下水位相對較高，打樁會破壞周圍土體的力系平衡，產(chǎn)生超靜空隙水壓力，導(dǎo)致土體現(xiàn)出位移或者隆起等現(xiàn)象，最終造成引水渠的沉降與水平位移，所以針對這種情況要先處理好軟土地基，然后再進(jìn)行打樁施工;②施工過程中場地內(nèi)會堆積大量的臨時荷載，其可能會直接影響到局部土體的沉降，因此針對這種情況要在施工機(jī)械、施工車輛、場地布置等方面采取相應(yīng)的限制措施;③在進(jìn)行工程整體綠化施工或者管線敷設(shè)過程中，可能要將一部分土體預(yù)先除去，工序完成后再進(jìn)行回填，這種情況也極有可能導(dǎo)致不均勻沉降。因此施工過程中要針對這些問題加強(qiáng)對引水渠的重點保護(hù)。

2.5 溢洪格柵

溢洪格柵主要適用于引水渠的入口位置，其利用水流推動，并且具備自潔功能，設(shè)計十分新穎，無需耗電，所以幾乎不存在運(yùn)行成本的問題。盡管其維護(hù)成本很低，但是其過濾效率卻很高。現(xiàn)在常用的標(biāo)準(zhǔn)的400 mm 或者700 mm 直徑轉(zhuǎn)筒篩上設(shè)置了可調(diào)節(jié)的刷子，如果引水渠中流入污水進(jìn)入機(jī)組時，固體物的直徑在6 mm 以上就很難通過轉(zhuǎn)筒篩，只能夠附著在轉(zhuǎn)筒篩上;水流經(jīng)過過濾后會推動驅(qū)動槳，該驅(qū)動槳安裝在轉(zhuǎn)筒篩的下方，然后通過皮帶的傳統(tǒng)驅(qū)使轉(zhuǎn)動篩的運(yùn)行，此時轉(zhuǎn)筒篩上所安裝的刷子就會對轉(zhuǎn)筒篩進(jìn)行清掃，上面附著的殘渣、污物就會被送回主河道。溢洪格柵對工作水頭的要求比較低，適用于低水流運(yùn)行，通常標(biāo)準(zhǔn)的長擋流壩會比較適合。

3 生態(tài)保護(hù)的思考

現(xiàn)代社會更加注重環(huán)境保護(hù)，因此引水渠工程要融入相關(guān)的水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)，比如引水渠中選擇碳素纖維生態(tài)草進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，碳素纖維生態(tài)草具備較好的物理穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性，將其采用單層浮上方式將其布置于河道內(nèi)，由于其具有較大的比表面積，因此可以有效地吸收、吸附、截留水中的溶解態(tài)與懸浮態(tài)污染物，并且可以為各種微生物、藻類的生長與繁殖提供良好的著生條件與附著條件，最終在載體上形成薄層的、具備較強(qiáng)凈化活性功能的生物膜。

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