鳳翔縣灌區(qū)節(jié)水改造工程中量水堰設(shè)計(jì)探討

關(guān)亞軍

摘要 為使有限的水資源得到更合理的利用，達(dá)到節(jié)水灌溉的目的，鳳翔縣各灌區(qū)相繼實(shí)施了灌區(qū)節(jié)水改造工程項(xiàng)目建設(shè)。本文通過(guò)灌區(qū)節(jié)水改造工程中常用量水堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水力計(jì)算，對(duì)施工及使用時(shí)需注意的問(wèn)題進(jìn)行分析，以期為選擇合理的量水堰達(dá)到灌區(qū)節(jié)水改造工程的節(jié)水效果提供參考。

關(guān)鍵詞 節(jié)水改造工程；量水堰；設(shè)計(jì)；陜西鳳翔

中圖分類號(hào) P332.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）11-0179-01

鳳翔縣是陜西省重要的糧食生產(chǎn)縣之一，全縣共有耕地4.8萬(wàn)hm2，縣境內(nèi)有馮家山、橫水河、東風(fēng)3個(gè)國(guó)有灌區(qū)，灌溉面積2.3萬(wàn)hm2，其中馮家山灌區(qū)涉及鳳翔縣1.26萬(wàn)hm2，橫水河灌區(qū)和東風(fēng)灌區(qū)灌溉面積1.1萬(wàn)hm2。鳳翔縣水資源短缺，全縣水資源總量1.63億m3，人均水資源占有量320 m3，分別僅占全國(guó)、全省人均水資源量的14%和23%。為使有限的水資源得到更合理的利用，近年來(lái)各灌區(qū)相繼實(shí)施了灌區(qū)節(jié)水改造工程項(xiàng)目建設(shè)。檢驗(yàn)節(jié)水效果，達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量選擇最合適的量水堰至關(guān)重要。鳳翔縣灌區(qū)節(jié)水改造工程中常用無(wú)喉道量水槽、三角形量水堰和矩形量水堰3種量水設(shè)施量水。

1 無(wú)喉道量水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及水力計(jì)算

無(wú)喉道量水槽廣泛應(yīng)用于鳳翔縣灌區(qū)節(jié)水改造工程的干、支、斗、分、引各級(jí)渠道。這種量水槽的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、省工省料、便于修建，且水頭損失小、不易淤塞，在潛流情況下由于去掉喉道長(zhǎng)度，下游水尺設(shè)在水面波動(dòng)較小的出口附近，因而觀測(cè)精度較高。它可以用磚、石、混凝土材料就地制成，也可以用混凝土預(yù)制構(gòu)件做成裝配式。

1.1 無(wú)喉道量水槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)喉道量水槽為水平槽底，矩形斷面，上游進(jìn)口段以1∶3收縮，下游出口段以1∶6擴(kuò)散，進(jìn)出口寬度相等。在上、下游各段距喉部為各段長(zhǎng)的2/9和5/9的地方分別設(shè)置水尺，以觀測(cè)上下游水位。無(wú)喉道量水槽的主要尺寸為喉寬（W）和槽長(zhǎng)（L）及喉部的側(cè)墻折角。喉寬和槽長(zhǎng)是2個(gè)相關(guān)的變量，二者的比值W/L取0.1～0.6之間。當(dāng)比值在0.1～0.4時(shí)，觀測(cè)精度最高。不管水槽大小，喉部的折角總是固定不變的。量水槽的水尺垂直于槽底，其零點(diǎn)與槽底相平，喉寬在0.8 m以下，水尺設(shè)在側(cè)墻壁上，可直接從槽中觀測(cè)水位；喉寬在1.0 m以上的，由于水面波動(dòng)較大，需在槽外專設(shè)觀測(cè)井，以測(cè)定水槽上下游水的深度[1]。鳳翔縣灌區(qū)節(jié)水改造工程由于渠道斷面設(shè)計(jì)流量較小，多采用喉寬0.8 m以下自由流量水槽。

1.2 自由流無(wú)喉道量水槽流量計(jì)算

水槽中的流態(tài)是自由流時(shí)，流量隨上游的水深h1的變化而變化，其流量公式如下：

0.8 m喉寬以下各型號(hào)量水槽的自由流系數(shù)、指數(shù)及槽長(zhǎng)系數(shù)如表1所示。

1.3 無(wú)喉道量水槽型號(hào)選擇及設(shè)置注意事項(xiàng)

確定量水槽型號(hào)需根據(jù)測(cè)流渠道最大引水流量及相應(yīng)水深進(jìn)行計(jì)算，一般根據(jù)渠底寬先試選喉道稍小于渠底寬的量水槽[2]。

量水槽設(shè)置時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：一是量水槽的進(jìn)口處的渠道需要砌護(hù)，下游渠道需要注意防沖；二是設(shè)置量水槽的地方，渠道應(yīng)順直，而且斷面應(yīng)規(guī)則、比降一致，這一直段的長(zhǎng)度應(yīng)大于渠道水面寬度的8～10倍，一般可取40 m左右，量水槽的上游距渠首≥20 m；三是量水槽的軸線應(yīng)與直段渠道的中心線相重合；四是量水槽的喉寬須小于渠道的底寬，渠道斷面應(yīng)與量水槽進(jìn)出口寬度相稱；五是渠道中安設(shè)量水槽所引起的雍水現(xiàn)象不能影響上游建筑物的過(guò)水能力；六是必須保證量水槽的底板水平，側(cè)墻垂直，尺寸準(zhǔn)確[3]。

2 三角形量水堰設(shè)計(jì)及流量計(jì)算

三角形量水堰適應(yīng)于田間臨時(shí)量水，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝觀測(cè)方便、易于移動(dòng)、量水精度高的特點(diǎn)。其堰口是一個(gè)倒置的等腰三角形，通常頂角為90°，缺口做成銳緣，傾斜面45°。這種量水堰可用3～5 mm厚的鐵皮或3 cm厚的木板制成。

三角形量水堰（頂角90°）流量公式：Q=1.343H2.47

式中，H—過(guò)堰水深（m），為保證精度，通常應(yīng)在0.05～0.30 m之間。

三角形量水堰安裝使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是堰板直立，兩側(cè)水平；二是堰口距岸邊距離和距堰檻高都要大于最大過(guò)堰水深[4]；三是堰底兩側(cè)無(wú)漏水；四是水尺可設(shè)在缺口兩側(cè)堰板上，零點(diǎn)與堰口齊平[5-6]。

3 矩形量水堰設(shè)計(jì)與流量計(jì)算

矩形量水堰適應(yīng)于田間灌水定額測(cè)定和灌水技術(shù)試驗(yàn)

等，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易、攜帶方便、使用靈活的特點(diǎn)，一般制成堰寬0.2 m、堰檻高0.1 m的矩形堰。

式中，m=（0.405+0.002 7/H）×[1+0.55H2/（H+P）2]，H—堰上水深（m），g—重力加速度（9.81 m/s2），P—堰檻高（m），b—堰寬（m）。

矩形量水堰使用時(shí)，堰上水頭要在距堰口前方>3H處測(cè)定。

4 實(shí)際運(yùn)用與效果

在鳳翔縣灌區(qū)節(jié)水改造工程建設(shè)中廣泛使用無(wú)喉道量水槽，通過(guò)已成工程使用，同時(shí)輔助三角形量水堰隨機(jī)測(cè)算田間配水，矩形量水堰測(cè)算用水定額，對(duì)比干渠總出水和分級(jí)渠道配水?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水、科學(xué)用水、合理灌溉。已實(shí)施完成節(jié)水改造工程的橫水河灌區(qū)、東風(fēng)水庫(kù)灌區(qū)被寶雞市政府在創(chuàng)建節(jié)水型社會(huì)建設(shè)中分別授予“節(jié)水型灌區(qū)”稱號(hào)。

5 參考文獻(xiàn)

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