試論u形渠道拋物線形量水堰推廣應(yīng)用研究

1、<p>　　試論U形渠道拋物線形量水堰推廣應(yīng)用研究</p><p>　　摘要針對(duì)東雷抽黃灌區(qū)的現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題，引進(jìn)了“U形渠道平底拋物線形無(wú)喉道量水槽”，介紹了該量水槽的優(yōu)點(diǎn)，提出了推廣的技術(shù)要點(diǎn)和改進(jìn)點(diǎn)，以為該成果的推廣應(yīng)用提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞U形渠道；拋物線形量水堰；東雷抽黃灌區(qū)；陜西渭南 </p><p>　　東雷抽黃是以黃河為

2、水源的大型高揚(yáng)程多級(jí)電力提灌工程，灌溉面積5.074萬(wàn)hm2，有效灌溉面積4.27萬(wàn)hm2，灌區(qū)共有梯形干渠7條、U形支渠42條、U形斗渠389條、U形分引渠3 820條，正常年份平均斗口用水量7 000萬(wàn)m3。灌區(qū)已形成優(yōu)質(zhì)蘋果基地2萬(wàn)hm2和小雜果基地6 666.67 hm2。灌溉事業(yè)的發(fā)展極大地改善了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活條件，推動(dòng)了灌區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整和區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 </p><p>　　U形渠

3、具有占地少、水力條件好、整體性能優(yōu)良和方便管理等諸多優(yōu)點(diǎn)，但沒(méi)有與其完善配套的量水堰。該文對(duì)“U形渠道平底拋物線形無(wú)喉道量水堰”科研成果進(jìn)行總結(jié)，提出了推廣技術(shù)要點(diǎn)和改進(jìn)點(diǎn)，以使該成果能在陜西省乃至全國(guó)得到更好地推廣應(yīng)用。 </p><p>　　1灌區(qū)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題 </p><p>　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，我國(guó)廣泛采用U形斷面襯砌渠道，因其水力條件好、過(guò)流能力大、輸沙能力強(qiáng)，抗凍抗折

4、、防滲防淤、整體性能好、省工省料、占地少和管理方便等優(yōu)點(diǎn)，特別適合在揚(yáng)程高、抽水成本大的抽水灌區(qū)應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。但是沒(méi)有與其完善配套的量水堰。隨著U形渠道的廣泛應(yīng)用，其量水計(jì)量征費(fèi)難的問(wèn)題已成為灌區(qū)管理的難題，其原因主要有以下幾點(diǎn)：①現(xiàn)有巴歇爾、無(wú)喉道等量水堰只適用于矩形和梯形渠道，如原狀嫁接在U形渠道上時(shí)，由于上、下游水力條件的改變及過(guò)流段連接不善，而失去量水功能或量水誤差較大；②以往采用流速儀和浮標(biāo)測(cè)量水量的方法，因U形渠

5、道部分過(guò)水面積難以計(jì)算準(zhǔn)確，平均流速難以確定，操作不便；③這種渠堰不配，甚至有渠無(wú)堰的現(xiàn)象，使灌區(qū)由此浪費(fèi)水量數(shù)百萬(wàn)立方米之多，損失在數(shù)百萬(wàn)元以上，使行水組織無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量征費(fèi)和計(jì)劃配水。這也成為影響基層行水干部與灌區(qū)群眾關(guān)系，造成個(gè)別行水干部“坑農(nóng)”、 “虧農(nóng)”等不廉政行為的重要因素和條件[1]。 </p><p><b>　　2對(duì)策研究 </b></p><p>　

6、　量水堰是不可代替的量水設(shè)施（如同水表、電表），U形支渠、斗渠、分引渠道量水堰是各管理總站、段斗、村組3級(jí)水管組織按計(jì)劃調(diào)配水量、結(jié)算水帳、按量計(jì)費(fèi)的依據(jù)處，是管理局對(duì)各管理總站、基層段斗行水組織年度供水目標(biāo)任務(wù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考核的量化口，也是各項(xiàng)灌溉系數(shù)的施測(cè)點(diǎn)。解決U形渠道量水難，訂好供水單位與灌農(nóng)買賣雙方的“公平秤”尤為重要。對(duì)此，管理局抽調(diào)技術(shù)人員，設(shè)立專項(xiàng)資金，成立項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)組，先將巴歇爾堰、無(wú)喉道堰原狀嫁接到U形渠道上，因水流

7、條件的改變，未能形成量水曲線，未達(dá)到量水效果；后邀請(qǐng)科研院校專家教授來(lái)灌區(qū)實(shí)地調(diào)研，結(jié)合實(shí)際，應(yīng)用高?？蒲屑夹g(shù)成果，走出一條引進(jìn)試驗(yàn)、創(chuàng)新成果、推廣應(yīng)用的道路。 </p><p><b>　　3引進(jìn)新型量水堰 </b></p><p>　　“U形渠道平底拋物線形無(wú)喉道量水槽”（簡(jiǎn)稱拋物線形量水堰）是西北農(nóng)林科技大學(xué)研究的技術(shù)成果，在國(guó)家科技部、農(nóng)業(yè)部、水利部聯(lián)合召開的

8、全國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)評(píng)估會(huì)上確定為農(nóng)業(yè)節(jié)水大面積推廣項(xiàng)目。在西農(nóng)大教授指導(dǎo)下，在加西干五斗、東雷四支渠上各試驗(yàn)修建1座拋物線形量水堰。在試運(yùn)行中，技術(shù)人員多次運(yùn)用三角堰、流速儀和無(wú)喉道堰同時(shí)進(jìn)行3個(gè)灌季的測(cè)試校驗(yàn)，其結(jié)果表明：該堰不僅適應(yīng)多泥沙水流量水，且具有量水精度高、過(guò)流能力強(qiáng)、泥沙影響小、水頭損失小、省工省料等優(yōu)點(diǎn)，是多泥沙灌區(qū)U形渠道上理想的量水設(shè)施[2]。 </p><p>　　經(jīng)測(cè)校資料對(duì)比分析，拋物線形

9、量水堰顯現(xiàn)出以下優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　?。?）該堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，省工省料，造價(jià)低廉，堅(jiān)固耐用。在U形渠道上，不計(jì)上、下游30～50 m的“U”改“梯”費(fèi)用，僅安裝歇爾堰的費(fèi)用包括：支渠2 864元，斗渠860元，分引渠360元；而安裝拋物線形量水堰的費(fèi)用包括：支渠392元，斗渠180元，分引渠130元。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，該堰可節(jié)省費(fèi)用達(dá)83%。 </p><p>　?。?）量水精度高

10、。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)觀測(cè)，該堰斷面上寬下窄，水位對(duì)流量的變化反應(yīng)比較靈敏，因此量水精度高。一般平均誤差在3.2%以內(nèi)（小于5%的灌溉量水誤差要求），精確測(cè)量的最小流量為5 L/s，最大流量可測(cè)到1 500 L/s。 </p><p>　?。?）壅水高度小，過(guò)流能力強(qiáng)。由于拋物線形斷面與U形斷面面積相同時(shí)，其水力半徑大于U形斷面，因而水流所受阻力小，壅水高度小，具有較強(qiáng)的過(guò)水能力。 </p><p>

11、　?。?）不致泥沙淤積。由于該堰是平底開敞式，在已成渠道上安裝，不會(huì)引起渠道淤積。 </p><p>　　（5）自由流態(tài)穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)。這種量水堰在適用比降范圍內(nèi)均未發(fā)生過(guò)淹沒(méi)出流現(xiàn)象。 </p><p>　?。?）使用方便。在測(cè)流時(shí)只需讀出上游水尺，即可由量水手冊(cè)查得過(guò)堰流量。 </p><p>　?。?）拋物線形斷面與U形渠道斷面相協(xié)調(diào)，U形渠道尺寸改變時(shí)，拋物

12、線的形狀口也隨之變化，但流量公式及量水 </p><p><b>　　精度不變。 </b></p><p>　　因此，不論從水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析，還是從建筑物的外觀上看，這種量水堰與U形渠道協(xié)調(diào)良好，尤其是泥沙影響小，量水精度高，使用方便，不破壞原渠道，很適合在灌區(qū)U形渠道上廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　4拋物線形量水堰的推廣方法 </p

13、><p>　　為了使項(xiàng)目推廣工作順利進(jìn)行，根據(jù)灌區(qū)實(shí)際，在四大灌溉系統(tǒng)全面進(jìn)行選點(diǎn)示范，并不斷總結(jié)設(shè)計(jì)、制模、施工驗(yàn)收的經(jīng)驗(yàn)，完善各項(xiàng)規(guī)章制度，采取了“引進(jìn)、試驗(yàn)、示范、推廣”四步走的技術(shù)路線和“五統(tǒng)一，四保證、三把關(guān)、三驗(yàn)收”的工作方法[3]。 </p><p>　　“五統(tǒng)一”即統(tǒng)一測(cè)量渠道參數(shù)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一制做堰板、統(tǒng)一施工步驟及要求、統(tǒng)一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。首先，由科室統(tǒng)一設(shè)計(jì)出拋物線形量水堰定

14、型圖和水位流量表計(jì)算程序，印發(fā)拋物線形量水堰施工與維護(hù)方法。其次，根據(jù)各管理總站按要求報(bào)來(lái)的U形渠道斷面幾何尺寸和比降使用情況等有關(guān)參數(shù)，計(jì)算出量水堰的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)及堰口拋物線方程。第三，由專人按照拋物線方程計(jì)算的數(shù)據(jù)，在五合板上點(diǎn)匯堰口拋物線，切割成施工堰板。第四，在實(shí)際修建中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工圖施工。最后由管理局、總站及管理處組織驗(yàn)收。另外，根據(jù)灌區(qū)渠道分散，且修建量水堰量大面廣、戰(zhàn)線長(zhǎng)、要求嚴(yán)格的特點(diǎn)，從一開始就要求做好四保證，即

15、組織保證、技術(shù)保證、質(zhì)量保證、人員保證，“三把關(guān)”即把好渠道技術(shù)測(cè)量關(guān)、堰板放線關(guān)、施工質(zhì)量關(guān)，“三驗(yàn)收”即技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、總站按工序驗(yàn)收、管理局竣工驗(yàn)收。 </p><p>　　5推廣的技術(shù)要點(diǎn)及改進(jìn)點(diǎn) </p><p>　　在引進(jìn)推廣原有技術(shù)成果的同時(shí)，針對(duì)灌區(qū)含沙量高、斷面要素多變的問(wèn)題，不斷探索和研究，擴(kuò)大了該量水堰的使用范圍，編制了計(jì)算CV值及水深流量關(guān)系的計(jì)算機(jī)程序，總結(jié)出迭代

16、法的待定系數(shù)，提高了運(yùn)算速度，創(chuàng)造性地推廣了這一技術(shù)。 </p><p>　　技術(shù)要點(diǎn)：①嚴(yán)把渠道技術(shù)參數(shù)測(cè)量計(jì)算關(guān)。對(duì)每條渠道都要認(rèn)真量測(cè)、精確繪圖，計(jì)算出渠道的斷面參數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。②嚴(yán)把制模施工、驗(yàn)收關(guān)。制定出《U形渠道拋物線形量水堰安裝與維護(hù)辦法》，規(guī)范了各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)和具體要求[4]。③嚴(yán)格測(cè)試校核。為了避免推廣工作盲目追求數(shù)量、速度，要求每個(gè)堰必須經(jīng)過(guò)1年測(cè)校合格后，方可使用，創(chuàng)造出“兩步法”測(cè)量水深，

17、達(dá)到不同施測(cè)者，水深都相同的效果。設(shè)計(jì)了《R=XXXU形渠底弓形面積查補(bǔ)表》，使面積計(jì)算誤差減小到0.38%。 </p><p>　　改進(jìn)點(diǎn)：①設(shè)計(jì)了拋物線形量水堰各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，水位流量查對(duì)表；改進(jìn)了計(jì)算流速系數(shù)CV迭代計(jì)算方法，使計(jì)算速度提高了4倍，取得關(guān)鍵性技術(shù)突破。②將該堰由斗渠應(yīng)用推廣到支渠，應(yīng)用渠道斷面半徑由0.3 m擴(kuò)大到0.6 m，流量由0.3 m3/s擴(kuò)大到2.0 m3/s。③將該堰推廣到已成緩比

18、降多泥沙渠道，使比降達(dá)到1/2 500左右。 </p><p><b>　　6結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　該技術(shù)成果在東雷灌區(qū)的應(yīng)用推廣，解決灌區(qū)U形渠道量水難和用水糾紛矛盾等問(wèn)題，保證了灌區(qū)的水量調(diào)配、水帳結(jié)算、按量計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確、公平、合理，更進(jìn)一步驗(yàn)證了拋物線形量水堰具有的優(yōu)點(diǎn)。如果說(shuō)U形渠道是最佳的過(guò)水?dāng)嗝嫘问剑鴴佄锞€形量水堰就是最優(yōu)的量水形式。由于東雷

19、灌區(qū)先試先行推廣應(yīng)用了該堰，為大面積推廣應(yīng)用總結(jié)出了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。隨后，陜西省水利廳將拋物線形量水堰編入《灌區(qū)量水》，使灌區(qū)量水又增添了一種新型量水設(shè)施，陜西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局又將拋物線形量水堰發(fā)布為陜西省推薦性地方標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將會(huì)促進(jìn)U形渠道量水技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。 </p><p><b>　　7參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 朱風(fēng)書，馬

20、孝義.U型渠道拋物線形移動(dòng)式量水堰板研究[].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（3）：36-40. </p><p>　　[2] 馬孝義，朱曉群，王文娥，等.U形渠道拋物線形量水槽設(shè)計(jì)多媒體軟件的研制[J].水土保持研究，2002，9（2）：78-81. </p><p>　　[3] 吉慶豐，沈波，李國(guó)安.灌區(qū)量水設(shè)施研究開發(fā)進(jìn)展[J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2001（4）：69-72. </p