关于灌区改造设计的分析

摘要：本文作者结合实际工作经验，对灌区改造设计中的渠道水面线计算进行了分析介绍，供同行参考

关键词：灌区；改造设计；分析

Abstract: The authors combine practical work experience, the channels for the water line in the irrigated areas, design analysis introduced for peer referenceKeywords: irrigation; transformation design; analysis

中图分类号：TV93文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

农业是我国国民经济的基础产业，我国又是一个水资源相当贫乏的国家，我国现有大型灌区四百多个，中国水资源总量约为28124亿m3，占全国有效灌溉面积的百分之三十多，我国人均水资源量排在世界一百多位，大型灌区是我国重要的粮棉油生产基地，农业用水是中国用水大户，是解决人口吃饭问题的主力军。在农业用水严重缺乏的情况下，灌区工程已不能适应我国农业和国民经济发展要求，并且我国还存在着严重浪费水资源的现象，急需开展以节水为中心的续建配套与节水改造。大型灌区在农业和农村经济发展中，发挥着不可替代的基础作用，但也面临着严峻的水资源短缺、工程设施老化和实现农业现代化等多方面的挑战，进行以节水为中心的续建配套和改造势在必行。大型灌溉节水改造涉及复杂的社会、经济、环境因素，规划的科学性、全局性、经济性、可操作性显得尤为重要，其中正确把握技术方向，制定科学、合理的技术路线是完成大型灌区节水改造的重要支撑条件。

现在，国家对大中型灌区的节水改造十分重视，为使日后能水资源充分发挥其效益，从1998年开始在全国范围内全面启动大中型灌区节水改造项目，以发挥灌区灌溉效益。我国的大中型灌区灌溉水利用系数只有0.4～0.6，实现灌区设计灌溉效益的根本途径是通过灌区节水改造规划进行技术咨询，对灌区进行续建配套和节水改造，提高规划水平，推进农业现代化进程，实现水资源的可持续利用，得出一条合理的新的渠道设计水面线，采取以节水为中心的工程，并以改造后新的设计水面线为纲领，实现农业灌溉技术和管理等综合措施，农业灌溉技术和管理等综合措施对灌区进行系统的改造，从而提高灌区的农业生产效益，这是大中型灌区改造设计的关键内容。灌区渠道严重老化,只能维持现状,设备微机自动化程度低,不适应泵站现代化建设要求,制约了灌溉效益的发挥,限制着灌区的农业生产和农民奔小康的步伐。通过项目改造工程的实施,灌区续建配套与节水改造,提高渠系水利用率,降低灌溉成本,节约水资源,提高灌区实灌面积,促进灌区效益的恢复与增长,可进一步改变当地农业状况,可明显改善当地群众的贫困面貌,为逐步发展农林牧副业,促进农业综合开发奠定坚实的基础,进一步推进农村小康社会的建设步伐。

对灌区工程进行系统而全面的改造在我国是一项史无前例的工作，对于灌溉工程的修复和现代化改造工作，在充分了解并掌握灌区工程的现状的基础上，世界粮农组织和国际灌排委员会提出了相关意见。我国各水利机构和科研院所对灌溉工程修复做了大量总结，并指出灌区改造的主要工程措施及非工程措施。即通过对工程的续建配套措施的整险加固，逐步推行用水户自主管理灌区的方式。减少渗漏，降低渠道的糙率，执行节水型灌溉制度，增加封水性，加强和完善量水设施，实行灌排分开、单灌单排。逐步完善田间配套工程，推进灌区信息化建设，对原有渠系及建筑物等进行重新布置，将各种新材料、新工艺、新技术、新思想、新方法结合，利用现代化测试手段进行量水，提高灌区现代化管理水平。提高灌区管理人员素质，以增强灌区管理效率。

1 灌区渠道水面线计算

渠道水面线。明渠水流是指在明渠中流动，可以是恒定流或非恒定流，或均匀流或非均匀流，具有显露在大气中的自由表面，水面上各点的压强都等于大气压强。特点是明渠的底坡线、水面线、总水头线彼此不平行。

水面线分析的目的在于预先判定水面线的一般形状及其特性，分析的内容包括水面线是雍水曲线还是降水曲线，水面线的凹向，水面线两端的变化趋势。渠道的底坡可能存在正坡、平坡、逆坡等三种情况。对于不同底坡的渠道，首先要进行分区；伴随着流态的转变，要产生水跃或水跌，具体发生何种类型的水面曲线，则应根据底坡的实际情况，参照其性质及外界控制条件进行确定。正坡明渠干扰远端水流应为均匀流。

定性分析应注意定量计算的起始段面为控制断面，缓坡渠道下有很远处为均匀流，同一棱柱体渠道中，缓坡上均匀流为缓流。急流干扰波不能向上游传递，水流从急到缓，或者水流从缓到急，都会产生水跃。

渠道水面线计算。现有的渠道水面曲线计算方法很多，如分段求和法、数值积分方法、水力指数法、图解法等。我们运用分段求和法，适用于棱柱体和非棱柱体渠道。计算中要掌握断面几何要素及水力学要素，断面比能、临界水深及临界底坡，其中断面比能以过渠道最低点的水平面为基准面，比能曲线要注意使用在断面形状尺寸及流量一定的条件下，而临界水深是指流量及断面形状尺寸一定的条件下，相应于断面比能最小。临界底坡在流量和断面形状尺寸一定的棱柱体正坡明渠中，取决于流量及断面形状尺寸，利用临界底坡判断明渠均匀流的水流流态，并与粗糙系数有关，临界坡上的均匀流是临界流；水面曲线的计算类型包括已知两端水深，求流段距离。已知一端水深和流段距离，求另一端水深；计算步骤包括棱柱体明渠水面曲线，非棱柱体明渠水面曲线；计算机算法流程图包括正常水深、临界水深及临界低坡、水面线。

2 项目区渠道改造设计水面线

在所有的输配水渠道系统中，灌区渠道设计水面线分析与确定，关系到灌溉面积的大小。干渠作为主要的输配水渠道，关系到灌区改造工程量的大小干渠的设计水面线是灌区渠系设计水面线的关键指标，关系到灌溉效益大小，干渠渠道水利用损失在渠系水利用损失中所占的比重也最大，所以考虑工程改造前后的实际情况变化，根据实际情况确定出最优的水面线。

项目区渠道最优设计水面线要充分考虑渠系建筑物的现状，在对灌区附属建筑物全面测量的基础上，满足渠道及渠系建筑物输水及改造工程量最小，考虑灌区的实际情况，推求出新的改造设计的设计最优水面线。

大型灌区的改造必须坚持高标准、高质量建设，必须有一套正确的建筑物高程资料。拟对整个干渠进行衬砌，经反复计算比较获得建筑物过流所需的水头，使干渠水面线进行新的复核并进一步优化。最优水面线分析原则要做到进行方案比较，有利于下级渠道分水取水，并在现有的条件下，使改造建筑物最少，总的工程量最小；最优水面线分析方法从渠尾向渠首推求水面线，以利各支渠取水。重新确定建筑物的底板高程。

项目区渠道设计水面线改造方案的拟定时首先要进行水面线改造方案拟定，然后进行详细分析，才能针对灌区存在的问题作多次方案研究，并在此基础上对灌区附属建筑物全面测量的基础上，然后必须根据灌区现在的实际情况和需要，满足下级渠道取水要求，最后才能提出合理的渠道设计水面线方案；必须考虑续建配套与节水改造，遵循改建工程量少，使渠中水流满足明渠均匀流的条件；要解决灌区存在的各种问题，实行渠道设计水面线的优化计算，通过计算机反复计算，求解出相应的数据。

3 结束语

我国的大中型灌区大多修建于20世纪六七十年代，由于当时的现代化水平低，因此建设标准低，工程老化失修严重，至使农业生产受到很大影响，严重影响了灌区工程效益发挥，因此，进行渠道水面线定量计算，进行灌区工程的改造与修复，进行渠道设计水面线的优化分析，确定一条既能满足灌区改造设计的目标，从渠尾向渠首逐段推求渠道水面线，是灌区续建配套改造的关键。

参考文献：

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[3]冯广志.灌区节水改造规划[M].北京：中国水利水电出版社，2006.