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灌区续建配套与节水改造工程设计浅析
作者:熊启煜 沈兴华     来源:     类别:     日期: 2011-05-30 16:02:44     浏览次数:2690
摘要:本文重点论述了灌区续建配套与节水改造工程设计特点、工程设计难点、针对性措施、工程设计中的水资源平衡计算、引水流量可靠性分析、渠道设计、典型区设计的要点,经过论证分析提出了影响工程效益和设计成败关键的第一要素是渠道设计水面线,次之为设计流量的观点与同仁共同探讨。

我国大中型灌区多为五六十年代建设,受经济条件的限制,设计简化不配套,建成后管理资金缺乏,管理水平落后,渠道渗漏、渠道垮坡、渠道淤积、工程老化等得不到治理,因而造成渠系无法合理配水。渠系利用系数小,农田灌溉保证率低。为改变现状,国家决定投入资金对灌区进行续建配套与节水改造。工作中,逐步认识和领悟到该项工程设计的艰巨性和复杂性,认为要做好该项工程设计必须首先了解工程设计特点,再针对工程设计难点制定对策,理顺工程设计控制要点并把握工程设计重点,设计理念应该是自流灌溉工程在保持原灌溉面积不减少的条件下,整治后,原来可自流灌溉的农田依然可自流灌溉,灌溉保证率切实地得到提高。
1、续建配套与节水改造工程设计特点
续建配套与节水改造工程设计是在原设计并付诸实施的渠道工程和渠系建筑物的基础上进行的,其目的在于通过续建配套实现合理配水,通过节水改造提高渠系利用系数,实现提高灌溉保证率或增加灌溉面积或提升灌区综合效益。工程设计特点:
1.1设计思路的复杂性
续建配套与节水改造工程设计和新的灌溉工程设计相比,不仅设计思路更具复杂性,而且设计难度更大。如:水资源平衡不仅要考虑多年来水状况,而且要考虑气候条件的不断变化和人类活动的影响多年来水在时空上的变化;续建配套工程设计不仅要考虑已有建筑物功能状况,而且要考虑应新建的工程,使其所有工程共同发挥引水、控水、输水、泄水、量水、调度等功能;节水改造工程设计不仅要考虑地质条件和建筑物结构现状,而且要综合考虑设计流量、渠道纵坡、糙率、渠道横断面、水深(水面线)等某项变更原设计后对节水改造工程的经济效益和社会效益的影响。
1.2续建配套与节水改造工程设计的多样性
(1)续建配套主要工程项目
为合理配水,应根据现有渠系建筑物的布置和工程安全质量状况,决定新建、重建、改造或加固渠系建筑物。如:进水或分水闸是取水建筑物,必须论证其规模、底板高程、过流量能否满足设计过水流量的要求,以保证建筑物能按设计流量过水;节制闸是合理配水的重要建筑物,对于土建工程该重建的重建,该加固的加固,对于闸门该更换的更换,该加固的加固,使其土建工程和闸门共同发挥节制闸应有功能;重建或加固渡槽使其能安全运用发挥设计正常输水功能和输水能力;重建或改造或加固泄水建筑物,既可保证渠道需要泄水时的正常泄水,又可保证渠道的安全;隧洞通过改造或加固,既减少糙率又安全运行,并保证设计输水能力;增加量水设施为供水量化与合理控制配水提供先决条件,并实现增强节水意识和节水之目的;新建或改造引水入渠工程,将高边坡渠道上的汇水有序引入渠道,避免渠道边坡冲蚀与渠道底部淤积而影响渠道过水能力。
(2)节水改造主要工作内容
①渠道清淤防渗处理
现有渠道多为土渠,高边坡开挖渠道在地质条件较差(如膨胀土)地段长年受到雨水侵蚀后而滑塌垮坡,堵塞渠道,高填方渠道由于土方填筑不密实,受水浸泡和冲蚀而造成渠道边坡失稳并产生渗漏。为保证渠道过水能力和提高渠系利用系数,必须对渠道先清淤后防护,即水面线以下作防渗处理,既防护渠道保证边坡稳定,又减少渠道渗漏。水面线以上作草皮护坡以保证边坡稳定。
②灌溉方法和灌溉制度的优化创新
根据农村种植结构的调整统一规划,改变传统的灌溉方法和灌溉制度,优化灌溉设计和创新灌溉制度,增建量水设施使供水量化。按设计付诸实施,既节水又增产。
③建立科学的灌溉调度方案
续建配套与节水改造工程设计增加了信息化工程,对实现全灌区灌溉水源合理调度提供了可能。配水水源调度次序宜为:先塘堰——小型水库——中型水库——最后大型水库,这样既可充分利用当地水资源,又可减少水资源的浪费。
2、续建配套与节水改造工程设计难点及对策
2.1搜集原设计资料困难的对策措施
续建配套与节水改造工程设计是在按原设计付诸实施工程的基础上进行的,因此必须搜集原设计资料,了解和领会原设计的设计意图和工程布局、建筑物基础条件、建筑结构状况等。
灌区建设期对档案资料的归档和管理没有规范可循,也没有进行专项验收,因此搜集原设计资料时难于作到齐全、完整、给本次设计带来困难。
为解决上述困难,可采取的对策措施:一是加大地质勘察力度,由此及彼地对工程地质条件进行分析推论,提出建筑物的地基处理意见与建议;二是加大测量工作力度和工作内容,除按常规要求提出测量项目外,应特别注意提出建筑物底板高程、高填方渠道的外坡底部和高挖方渠道开口顶边高程测量的要求,为设计和校验渠道纵坡及复核渠坡稳定提供依据;三是会同管理部门实地调查原设计流量条件下的原渠道水面线,并做出标识,供渠道测量时在测图上予以标注;四是分片论证拟定灌溉高程应具备的条件,即根据分水点的灌溉面积计算确定所需水位;五是按原渠道纵坡、横断面、糙率等设计参数进行还原计算,对水面线进行比较,判断灌溉高程保证程度的走势;六是建立数学模型对灌区水流动态进行仿真模拟计算验证。
2.2整治设计与原设计参数全部一致困难的对策措施
续建配套与节水改造工程设计总体思路是:对灌区建筑物进行配套以合理配水,对渠道进行改造以提高渠系利用系数和提高农田灌溉保证率。
要实现上述目标,设计时务必统筹考虑续建配套主要工程项目和节水改造主要工作内容,并注意由于工程设计参数中的设计流量、糙率、渠道纵坡和横断面、设计水深(水面线)等某一参数变化均会导致其他参数与原设计不能吻合。因此应理顺工程设计思路,一是渠道纵坡维持原设计或以原渠道已有过水建筑物底板高程为控制高程推求纵坡,其渠道水面线和原设计水面线一致或基本一致;二是渠道横断面设计时,渠道边坡与原设计一致,渠道底宽按满足过水能力的条件下,推求渠道底宽;三是根据渠道设计流量、纵坡、过水断面、糙率推求渠道设计水深(水面线);四是根据灌溉高程需要确定的渠道设计水位、设计流量、纵坡、渠道边坡、糙率推求衬砌后的渠道底宽。
由于人类活动的影响、渠道设计参数及建筑物结构尺寸的变化,将上述设计思路完全统筹来实现节省投资、保证原设计灌溉面积、合理配水、提高灌溉保证率之目的是困难的,采取的对策措施如下:
一是设计参数能统一的应尽量统一,如渠道设计纵坡、渠道边坡;二是分析由于设计参数如流量、糙率、水深(水面线)和渠底宽度变化分别对保证原灌溉高程的灌溉面积和灌溉保证率的影响程度;三是抓住设计参数中的重点要素,设计流量由水资源平衡计算确定,糙率由渠道衬砌材料决定。对于自流灌溉工程应重点论证渠道水深(水面线)、渠道底宽变化后,对应自流灌溉面积的保证程度。工程设计实践证明,对于自流灌溉工程,渠道设计水面线和原设计水面线一致至关重要,因为节水改造工程实施后,渠道内水深将随渠道设计流量和渠道糙率的减小而减小、即设计水面线将低于原设计水面线,原可自流灌溉的部分农田将失去灌溉条件。因此在节水改造工程实施时,渠道底宽宜根据渠道设计流量和保证应灌溉面积的渠道水深推求,以保证原自流灌溉面积依然可自流灌溉并提高保证率。
3、续建配套与节水改造工程设计要点
3.1水资源平衡计算
水资源平衡计算时,其可供水量应注意来水随气候条件的变化和人类活动的影响,其需水量应注意耕作随灌溉技术提高对需水量的变化。
3.2引水流量可靠性分析
设计实践表明,主产稻谷的灌区一般以春灌期需要灌溉引用流量为最大,对于综合性效益的枢纽工程,特别是有发电效益的枢纽工程,应注意调查研究水库调度方案,掌握春灌时期水库水位变幅,同时对照进水闸的水位流量关系曲线进行分析,论证水库各时段水位能按灌溉供水要求的水位提供灌溉引用流量的可靠度。
3.3渠道设计控制要点
(1)渠道纵坡设计原则
渠道纵坡设计的变化将影响到渠底高程和水工建筑物底板高程的变化,因此渠道纵坡宜按原渠道纵坡进行设计,其检验标志是节制闸、渡槽、隧洞、涵洞等水工建筑物底板高程。因此,在勘测时,应测其建筑物底板高程并在图上标注,供推求渠道设计纵坡用,并和原渠道纵坡进行比较和微调。
(2)渠道边坡设计原则
经多年运行,除少数不良地质地段的渠道外,绝大多数地段渠道边坡已经稳定,从节省投资和方便施工及工程安全角度出发,一般宜采用原设计渠道边坡。
(3)渠道糙率系数
渠道糙率系数的取值,按衬砌渠道使用的建筑材料确定。
(4)渠道横断面设计原则
渠道横断面设计应妥善处理渠道设计水深和渠道底宽的关系,总的原则是渠道衬砌后能保证渠道内水面线和原设计水面线一致或基本一致,节水改造工程全部实施完成后,原来可自流灌溉高程的农田依然能自流灌溉,并随渠道渗漏量的减少、渠系利用系数和整治设计灌溉保证率的提高而引起渠道设计流量与原设计流量不一致,可能出现整治设计流量大于、等于或小于原设计流量的情况。渠道横断面设


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