試論U形渠道拋物線形量水堰推廣應用研究
導語：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、過流能力大、輸沙能力強，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點，特別適合在揚程高、抽水成本大的抽水灌區應用，其經濟效益十分可觀。以下是小編為大家整理的試論U形渠道拋物線形量水堰推廣應用研究論文范文，希望大家喜歡，更多內容請瀏覽(www.oh100.com/bylw)。
【摘要】：針對東雷抽黃灌區的現狀與存在的問題，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點，提出了推廣的技術要點和改進點，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;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hm2，有效灌溉面積4.27萬hm2，灌區共有梯形干渠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m3。灌區已形成優質蘋果基地2萬hm2和小雜果基地6 666.67 hm2。灌溉事業的發展極大地改善了灌區農業生產和農村生活條件，推動了灌區產業結構的不斷調整和區域社會經濟的發展。
U形渠具有占地少、水力條件好、整體性能優良和方便管理等諸多優點，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”科研成果進行總結，提出了推廣技術要點和改進點，以使該成果能在陜西省乃至全國得到更好地推廣應用。
1、灌區現狀與存在的問題
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、過流能力大、輸沙能力強，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點，特別適合在揚程高、抽水成本大的抽水灌區應用，其經濟效益十分可觀。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管理的難題，其原因主要有以下幾點：①現有巴歇爾、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;②以往采用流速儀和浮標測量水量的方法，因U形渠道部分過水面積難以計算準確，平均流速難以確定，操作不便;③這種渠堰不配，甚至有渠無堰的現象，使灌區由此浪費水量數百萬立方米之多，損失在數百萬元以上，使行水組織無法準確計量征費和計劃配水。這也成為影響基層行水干部與灌區群眾關系，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理總站、段斗、村組3級水管組織按計劃調配水量、結算水帳、按量計費的依據處，是管理局對各管理總站、基層段斗行水組織年度供水目標任務、經濟指標考核的量化口，也是各項灌溉系數的施測點。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，成立項目技術攻關組，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，未達到量水效果;后邀請科研院校專家教授來灌區實地調研，結合實際，應用高校科研技術成果，走出一條引進試驗、創新成果、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研究的技術成果，在國家科技部、農業部、水利部聯合召開的全國農業節水技術評估會上確定為農業節水大面積推廣項目。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，技術人員多次運用三角堰、流速儀和無喉道堰同時進行3個灌季的測試校驗，其結果表明：該堰不僅適應多泥沙水流量水，且具有量水精度高、過流能力強、泥沙影響小、水頭損失小、省工省料等優點，是多泥沙灌區U形渠道上理想的量水設施[2]。
經測校資料對比分析，拋物線形量水堰顯現出以下優點：
(1)該堰結構簡單，施工方便，省工省料，造價低廉，堅固耐用。在U形渠道上，不計上、下游30～50 m的“U”改“梯”費用，僅安裝歇爾堰的費用包括：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用包括：支渠392元，斗渠180元，分引渠130元。經比較發現，該堰可節省費用達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應比較靈敏，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)，精確測量的最小流量為5 L/s，最大流量可測到1 500 L/s。
(3)壅水高度小，過流能力強。由于拋物線形斷面與U形斷面面積相同時，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，具有較強的過水能力。
(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)自由流態穩定，適應性強。這種量水堰在適用比降范圍內均未發生過淹沒出流現象。
(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，不論從水流運動規律分析，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，很適合在灌區U形渠道上廣泛應用。
4、拋物線形量水堰的推廣方法
為了使項目推廣工作順利進行，根據灌區實際，在四大灌溉系統全面進行選點示范，并不斷總結設計、制模、施工驗收的經驗，完善各項規章制度，采取了“引進、試驗、示范、推廣”四步走的技術路線和“五統一，四保證、三把關、三驗收”的工作方法[3]。
“五統一”即統一測量渠道參數、統一設計、統一制做堰板、統一施工步驟及要求、統一驗收標準。首先，由科室統一設計出拋物線形量水堰定型圖和水位流量表計算程序，印發拋物線形量水堰施工與維護方法。其次，根據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，計算出量水堰的設計技術參數及堰口拋物線方程。第三，由專人按照拋物線方程計算的數據，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，根據灌區渠道分散，且修建量水堰量大面廣、戰線長、要求嚴格的特點，從一開始就要求做好四保證，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”即技術員現場驗收、總站按工序驗收、管理局竣工驗收。
5、推廣的技術要點及改進點
在引進推廣原有技術成果的同時，針對灌區含沙量高、斷面要素多變的問題，不斷探索和研究，擴大了該量水堰的使用范圍，編制了計算CV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，提高了運算速度，創造性地推廣了這一技術。
技術要點：①嚴把渠道技術參數測量計算關。對每條渠道都要認真量測、精確繪圖，計算出渠道的斷面參數作為設計依據。②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辦法》，規范了各項技術要點和具體要求[4]。③嚴格測試校核。為了避免推廣工作盲目追求數量、速度，要求每個堰必須經過1年測校合格后，方可使用，創造出“兩步法”測量水深，達到不同施測者，水深都相同的效果。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%。
改進點：①設計了拋物線形量水堰各項技術參數，水位流量查對表;改進了計算流速系數CV迭代計算方法，使計算速度提高了4倍，取得關鍵性技術突破。②將該堰由斗渠應用推廣到支渠，應用渠道斷面半徑由0.3 m擴大到0.6 m，流量由0.3 m3/s擴大到2.0 m3/s。③將該堰推廣到已成緩比降多泥沙渠道，使比降達到1/2 500左右。
6、結語
該技術成果在東雷灌區的應用推廣，解決灌區U形渠道量水難和用水糾紛矛盾等問題，保證了灌區的水量調配、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點。如果說U形渠道是最佳的過水斷面形式，而拋物線形量水堰就是最優的量水形式。由于東雷灌區先試先行推廣應用了該堰，為大面積推廣應用總結出了經驗，奠定了基礎。隨后，陜西省水利廳將拋物線形量水堰編入《灌區量水》，使灌區量水又增添了一種新型量水設施，陜西省質量技術監督局又將拋物線形量水堰發布為陜西省推薦性地方標準，該標準的實施將會促進U形渠道量水技術的標準化、規范化。
7、參考文獻
【1】 朱風書，馬孝義.U型渠道拋物線形移動式量水堰板研究[].農業工程學報，2002，18(3)：36-40。
【2】 馬孝義，朱曉群，王文娥，等.U形渠道拋物線形量水槽設計多媒體軟件的研制[J].水土保持研究，2002，9(2)：78-81。
【3】 吉慶豐，沈波，李國安.灌區量水設施研究開發進展[J].灌溉排水學報，2001(4)：69-72。
【4】 譚培根.推廣U型渠道平底拋物線無喉量水堰的技術要點[J].陜西水利，1999(B12)：19-20。
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