試論U形渠道拋物線形量水堰推廣應用研究

1、試論U形渠道拋物線形量水堰推廣應用研究摘要針對東雷抽黃灌區(qū)的現(xiàn)狀與存在的問題，引進了“U形渠道平底拋物線形無喉道量水槽，介紹了該量水槽的優(yōu)點，提出了推廣的技術要點和改良點，以為該成果的推廣應用提供參考。關鍵詞U形渠道；拋物線形量水堰；東雷抽黃灌區(qū)；陜西渭南東雷抽黃是以黃河為水源的大型高揚程多級電力提灌工程，灌溉面積5.074萬h2，有效灌溉面積4.27萬h2，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3820條，正常年份平均斗口用水量7000萬3。灌區(qū)已形成優(yōu)質蘋果基地2萬h2和小雜果基地6666.67h2。灌溉事業(yè)的開展極大地改善了灌區(qū)農業(yè)消費和農村生活條件，推動了灌

2、區(qū)產業(yè)構造的不斷調整和區(qū)域社會經濟的開展。U形渠具有占地少、水力條件好、整體性能優(yōu)良和方便管理等諸多優(yōu)點，但沒有與其完善配套的量水堰。該文對“U形渠道平底拋物線形無喉道量水堰科研成果進展總結，提出了推廣技術要點和改良點，以使該成果能在陜西省乃至全國得到更好地推廣應用。1灌區(qū)現(xiàn)狀與存在的問題20世紀70年代以來，我國廣泛采用U形斷面襯砌渠道，因其水力條件好、過流才能大、輸沙才能強，抗凍抗折、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，特別合適在揚程高、抽水本錢大的抽水灌區(qū)應用，其經濟效益非?？捎^。但是沒有與其完善配套的量水堰。隨著U形渠道的廣泛應用，其量水計量征費難的問題已成為灌區(qū)管

3、理的難題，其原因主要有以下幾點：現(xiàn)有巴歇爾、無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，由于上、下游水力條件的改變及過流段連接不善，而失去量水功能或量水誤差較大；以往采用流速儀和浮標測量水量的方法，因U形渠道局部過水面積難以計算準確，平均流速難以確定，操作不便；這種渠堰不配，甚至有渠無堰的現(xiàn)象，使灌區(qū)由此浪費水量數(shù)百萬立方米之多，損失在數(shù)百萬元以上，使行水組織無法準確計量征費和方案配水。這也成為影響基層行水干部與灌區(qū)群眾關系，造成個別行水干部“坑農、“虧農等不廉政行為的重要因素和條件1。2對策研究量水堰是不可代替的量水設施如同水表、電表，U形支渠、斗渠、分引渠道量水堰是各管

4、理總站、段斗、村組3級水管組織按方案調配水量、結算水帳、按量計費的根據(jù)處，是管理局對各管理總站、基層段斗行水組織年度供水目的任務、經濟指標考核的量化口，也是各項灌溉系數(shù)的施測點。解決U形渠道量水難，訂好供水單位與灌農買賣雙方的“公平秤尤為重要。對此，管理局抽調技術人員，設立專項資金，成立工程技術攻關組，先將巴歇爾堰、無喉道堰原狀嫁接到U形渠道上，因水流條件的改變，未能形成量水曲線，未到達量水效果；后邀請科研院校專家教授來灌區(qū)實地調研，結合實際，應用高?？蒲屑夹g成果，走出一條引進試驗、創(chuàng)新成果、推廣應用的道路。3引進新型量水堰“U形渠道平底拋物線形無喉道量水槽簡稱拋物線形量水堰是西北農林科技大學

5、研究的技術成果，在國家科技部、農業(yè)部、水利部結合召開的全國農業(yè)節(jié)水技術評估會上確定為農業(yè)節(jié)水大面積推廣工程。在西農大教授指導下，在加西干五斗、東雷四支渠上各試驗修建1座拋物線形量水堰。在試運行中，技術人員屢次運用三角堰、流速儀和無喉道堰同時進展3個灌季的測試校驗，其結果說明：該堰不僅適應多泥沙水流量水，且具有量水精度高、過流才能強、泥沙影響孝水頭損失孝省工省料等優(yōu)點，是多泥沙灌區(qū)U形渠道上理想的量水設施2。經測校資料比照分析，拋物線形量水堰顯現(xiàn)出以下優(yōu)點：1該堰構造簡單，施工方便，省工省料，造價低廉，鞏固耐用。在U形渠道上，不計上、下游3050的“U改“梯費用，僅安裝歇爾堰的費用包括：支渠28

6、64元，斗渠860元，分引渠360元；而安裝拋物線形量水堰的費用包括：支渠392元，斗渠180元，分引渠130元。經比擬發(fā)現(xiàn)，該堰可節(jié)省費用達83%。2量水精度高。經過試驗觀測，該堰斷面上寬下窄，水位對流量的變化反響比擬靈敏，因此量水精度高。一般平均誤差在3.2%以內小于5%的灌溉量水誤差要求，準確測量的最小流量為5L/s，最大流量可測到1500L/s。3壅水高度小，過流才能強。由于拋物線形斷面與U形斷面面積一樣時，其水力半徑大于U形斷面，因此水流所受阻力小，壅水高度小，具有較強的過水才能。4不致泥沙淤積。由于該堰是平底開敞式，在已成渠道上安裝，不會引起渠道淤積。5自由流態(tài)穩(wěn)定，適應性強。這種

7、量水堰在適用比降范圍內均未發(fā)生過吞沒出流現(xiàn)象。6使用方便。在測流時只需讀出上游水尺，即可由量水手冊查得過堰流量。7拋物線形斷面與U形渠道斷面相協(xié)調，U形渠道尺寸改變時，拋物線的形狀口也隨之變化，但流量公式及量水精度不變。因此，不管從水流運動規(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，很合適在灌區(qū)U形渠道上廣泛應用。4拋物線形量水堰的推廣方法為了使工程推廣工作順利進展，根據(jù)灌區(qū)實際，在四大灌溉系統(tǒng)全面進展選點示范，并不斷總結設計、制模、施工驗收的經歷，完善各項規(guī)章制度，采取了“引進、試驗、示范、推廣四步走的技術道路和“五統(tǒng)

8、一，四保證、三把關、三驗收的工作方法3?！拔褰y(tǒng)一即統(tǒng)一測量渠道參數(shù)、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一制做堰板、統(tǒng)一施工步驟及要求、統(tǒng)一驗收標準。首先，由科室統(tǒng)一設計出拋物線形量水堰定型圖和水位流量表計算程序，印發(fā)拋物線形量水堰施工與維護方法。其次，根據(jù)各管理總站按要求報來的U形渠道斷面幾何尺寸和比降使用情況等有關參數(shù)，計算出量水堰的設計技術參數(shù)及堰口拋物線方程。第三，由專人按照拋物線方程計算的數(shù)據(jù)，在五合板上點匯堰口拋物線，切割成施工堰板。第四，在實際修建中，嚴格按照設計施工圖施工。最后由管理局、總站及管理處組織驗收。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、要求嚴格的特點，從一開場就要求做好四保證

9、，即組織保證、技術保證、質量保證、人員保證，“三把關即把好渠道技術測量關、堰板放線關、施工質量關，“三驗收即技術員現(xiàn)場驗收、總站按工序驗收、管理局開工驗收。5推廣的技術要點及改良點在引進推廣原有技術成果的同時，針對灌區(qū)含沙量高、斷面要素多變的問題，不斷探究和研究，擴大了該量水堰的使用范圍，編制了計算V值及水深流量關系的計算機程序，總結出迭代法的待定系數(shù)，進步了運算速度，創(chuàng)造性地推廣了這一技術。技術要點：嚴把渠道技術參數(shù)測量計算關。對每條渠道都要認真量測、準確繪圖，計算出渠道的斷面參數(shù)作為設計根據(jù)。嚴把制模施工、驗收關。制定出?U形渠道拋物線形量水堰安裝與維護方法?，標準了各項技術要點和詳細要求

10、4。嚴格測試校核。為了防止推廣工作盲目追求數(shù)量、速度，要求每個堰必須經過1年測校合格后，方可使用，創(chuàng)造出“兩步法測量水深，到達不同施測者，水深都一樣的效果。設計了?R=XXXU形渠底弓形面積查補表?，使面積計算誤差減小到0.38%。改良點：設計了拋物線形量水堰各項技術參數(shù)，水位流量查對表；改良了計算流速系數(shù)V迭代計算方法，使計算速度進步了4倍，獲得關鍵性技術打破。將該堰由斗渠應用推廣到支渠，應用渠道斷面半徑由0.3擴大到0.6，流量由0.33/s擴大到2.03/s。將該堰推廣到已成緩比降多泥沙渠道，使比降到達1/2500左右。6結語該技術成果在東雷灌區(qū)的應用推廣，解決灌區(qū)U形渠道量水難和用水糾紛矛盾等問題，保證了灌區(qū)的水量調配、水帳結算、按量計費的準確、公平、合理，更進一步驗證了拋物線形量水堰具有的優(yōu)點。假如說U形渠道是最正確的過水斷面形式，而拋物線形量水堰就是最優(yōu)的量水形式。由于東雷灌區(qū)先試先行推廣應用了該堰，為大面積推廣應用總結出了經歷，奠定了基矗隨后，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施，陜西省質量技術監(jiān)視局又將拋物線形量水堰發(fā)布為陜西省推薦性地方標準，該標準的施行將會促進U形渠道量水技術的標準化、標準化。7參考文獻1朱風書，馬孝義.U型渠道拋物線形挪動式量水堰板研究.農業(yè)工程學報，