淺析灌區改造渠道設計水面線

陳占坤

摘?要：我國的大中型灌區大多修建于20世紀六七十年代，由于當時的現代化水平低，因此建設標準低，工程老化失修嚴重，至使農業生產受到很大影響，嚴重影響了灌區工程效益發揮，因此，進行渠道水面線定量計算，進行灌區工程的改造與修復，進行渠道設計水面線的優化分析，確定一條既能滿足灌區改造設計的目標，從渠尾向渠首逐段推求渠道水面線，是灌區續建配套改造的關鍵。

關鍵詞：渠道設計?灌區改造?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

農業是我國國民經濟的基礎產業，我國又是一個水資源相當貧乏的國家，我國現有大型灌區四百多個，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，大型灌區是我國重要的糧棉油生產基地，農業用水是中國用水大戶，是解決人口吃飯問題的主力軍。在農業用水嚴重缺乏的情況下，灌區工程已不能適應我國農業和國民經濟發展要求，并且我國還存在著嚴重浪費水資源的現象，急需開展以節水為中心的續建配套與節水改造。

現在，國家對大中型灌區的節水改造十分重視，為使日后能水資源充分發揮其效益，從1998年開始在全國范圍內全面啟動大中型灌區節水改造項目，以發揮灌區灌溉效益。我國的大中型灌區灌溉水利用系數只有0.4～0.6，實現灌區設計灌溉效益的根本途徑是通過灌區節水改造規劃進行技術咨詢，對灌區進行續建配套和節水改造，提高規劃水平，推進農業現代化進程，實現水資源的可持續利用，得出一條合理的新的渠道設計水面線，采取以節水為中心的工程，并以改造后新的設計水面線為綱領，實現農業灌溉技術和管理等綜合措施，農業灌溉技術和管理等綜合措施對灌區進行系統的改造，從而提高灌區的農業生產效益，這是大中型灌區改造設計的關鍵內容。

對灌區工程進行系統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代化改造工作，在充分了解并掌握灌區工程的現狀的基礎上，世界糧農組織和國際灌排委員會提出了相關意見。我國各水利機構和科研院所對灌溉工程修復做了大量總結，并指出灌區改造的主要工程措施及非工程措施。

即通過對工程的續建配套措施的整險加固，逐步推行用水戶自主管理灌區的方式。減少滲漏，降低渠道的糙率，執行節水型灌溉制度，增加封水性，加強和完善量水設施，實行灌排分開、單灌單排。逐步完善田間配套工程，推進灌區信息化建設，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、新思想、新方法結合，利用現代化測試手段進行量水，提高灌區現代化管理水平。提高灌區管理人員素質，以增強灌區管理效率。

2灌區渠道水面線計算

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；伴隨著流態的轉變，要產生水躍或水跌，具體發生何種類型的水面曲線，則應根據底坡的實際情況，參照其性質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，都會產生水躍。

渠道水面線計算?，F有的渠道水面曲線計算方法很多，如分段求和法、數值積分方法、水力指數法、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，并與粗糙系數有關，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項目區渠道改造設計水面線

在所有的輸配水渠道系統中，灌區渠道設計水面線分析與確定，關系到灌溉面積的大小。干渠作為主要的輸配水渠道，關系到灌區改造工程量的大小干渠的設計水面線是灌區渠系設計水面線的關鍵指標，關系到灌溉效益大小，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，根據實際情況確定出最優的水面線。

項目區渠道最優設計水面線要充分考慮渠系建筑物的現狀，在對灌區附屬建筑物全面測量的基礎上，滿足渠道及渠系建筑物輸水及改造工程量最小，考慮灌區的實際情況，推求出新的改造設計的設計最優水面線。

大型灌區的改造必須堅持高標準、高質量建設，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化。最優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，并在現有的條件下，使改造建筑物最少，總的工程量最??；最優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。

項目區渠道設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，才能針對灌區存在的問題作多次方案研究，并在此基礎上對灌區附屬建筑物全面測量的基礎上，然后必須根據灌區現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計水面線方案；必須考慮續建配套與節水改造，遵循改建工程量少，使渠中水流滿足明渠均勻流的條件；要解決灌區存在的各種問題，實行渠道設計水面線的優化計算，通過計算機反復計算，求解出相應的數據。

參考文獻

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