淺析灌區(qū)改造渠道設(shè)計水面線

陳占坤

摘?要：我國的大中型灌區(qū)大多修建于20世紀六七十年代，由于當時的現(xiàn)代化水平低，因此建設(shè)標準低，工程老化失修嚴重，至使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到很大影響，嚴重影響了灌區(qū)工程效益發(fā)揮，因此，進行渠道水面線定量計算，進行灌區(qū)工程的改造與修復，進行渠道設(shè)計水面線的優(yōu)化分析，確定一條既能滿足灌區(qū)改造設(shè)計的目標，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?灌區(qū)改造?工程效益

中圖分類號：TV135 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）10（a）-0054-01

1研究意義

農(nóng)業(yè)是我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，我國又是一個水資源相當貧乏的國家，我國現(xiàn)有大型灌區(qū)四百多個，中國水資源總量約為28124億m3，占全國有效灌溉面積的百分之三十多，我國人均水資源量排在世界一百多位，大型灌區(qū)是我國重要的糧棉油生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)用水是中國用水大戶，是解決人口吃飯問題的主力軍。在農(nóng)業(yè)用水嚴重缺乏的情況下，灌區(qū)工程已不能適應我國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展要求，并且我國還存在著嚴重浪費水資源的現(xiàn)象，急需開展以節(jié)水為中心的續(xù)建配套與節(jié)水改造。

現(xiàn)在，國家對大中型灌區(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年開始在全國范圍內(nèi)全面啟動大中型灌區(qū)節(jié)水改造項目，以發(fā)揮灌區(qū)灌溉效益。我國的大中型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)只有0.4～0.6，實現(xiàn)灌區(qū)設(shè)計灌溉效益的根本途徑是通過灌區(qū)節(jié)水改造規(guī)劃進行技術(shù)咨詢，對灌區(qū)進行續(xù)建配套和節(jié)水改造，提高規(guī)劃水平，推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，實現(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)計水面線為綱領(lǐng)，實現(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灌區(qū)進行系統(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)計的關(guān)鍵內(nèi)容。

對灌區(qū)工程進行系統(tǒng)而全面的改造在我國是一項史無前例的工作，對于灌溉工程的修復和現(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)組織和國際灌排委員會提出了相關(guān)意見。我國各水利機構(gòu)和科研院所對灌溉工程修復做了大量總結(jié)，并指出灌區(qū)改造的主要工程措施及非工程措施。

即通過對工程的續(xù)建配套措施的整險加固，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，加強和完善量水設(shè)施，實行灌排分開、單灌單排。逐步完善田間配套工程，推進灌區(qū)信息化建設(shè)，對原有渠系及建筑物等進行重新布置，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)代化測試手段進行量水，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)，以增強灌區(qū)管理效率。

2灌區(qū)渠道水面線計算

渠道水面線。明渠水流是指在明渠中流動，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，水面上各點的壓強都等于大氣壓強。特點是明渠的底坡線、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。渠道的底坡可能存在正坡、平坡、逆坡等三種情況。對于不同底坡的渠道，首先要進行分區(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，則應根據(jù)底坡的實際情況，參照其性質(zhì)及外界控制條件進行確定。正坡明渠干擾遠端水流應為均勻流。

定性分析應注意定量計算的起始段面為控制斷面，緩坡渠道下有很遠處為均勻流，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，都會產(chǎn)生水躍。

渠道水面線計算。現(xiàn)有的渠道水面曲線計算方法很多，如分段求和法、數(shù)值積分方法、水力指數(shù)法、圖解法等。我們運用分段求和法，適用于棱柱體和非棱柱體渠道。計算中要掌握斷面幾何要素及水力學要素，斷面比能、臨界水深及臨界底坡，其中斷面比能以過渠道最低點的水平面為基準面，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；計算機算法流程圖包括正常水深、臨界水深及臨界低坡、水面線。

3項目區(qū)渠道改造設(shè)計水面線

在所有的輸配水渠道系統(tǒng)中，灌區(qū)渠道設(shè)計水面線分析與確定，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)計水面線是灌區(qū)渠系設(shè)計水面線的關(guān)鍵指標，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際情況變化，根據(jù)實際情況確定出最優(yōu)的水面線。

項目區(qū)渠道最優(yōu)設(shè)計水面線要充分考慮渠系建筑物的現(xiàn)狀，在對灌區(qū)附屬建筑物全面測量的基礎(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)的實際情況，推求出新的改造設(shè)計的設(shè)計最優(yōu)水面線。

大型灌區(qū)的改造必須堅持高標準、高質(zhì)量建設(shè)，必須有一套正確的建筑物高程資料。擬對整個干渠進行襯砌，經(jīng)反復計算比較獲得建筑物過流所需的水頭，使干渠水面線進行新的復核并進一步優(yōu)化。最優(yōu)水面線分析原則要做到進行方案比較，有利于下級渠道分水取水，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。

項目區(qū)渠道設(shè)計水面線改造方案的擬定時首先要進行水面線改造方案擬定，然后進行詳細分析，才能針對灌區(qū)存在的問題作多次方案研究，并在此基礎(chǔ)上對灌區(qū)附屬建筑物全面測量的基礎(chǔ)上，然后必須根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)在的實際情況和需要，滿足下級渠道取水要求，最后才能提出合理的渠道設(shè)計水面線方案；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)存在的各種問題，實行渠道設(shè)計水面線的優(yōu)化計算，通過計算機反復計算，求解出相應的數(shù)據(jù)。

參考文獻

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