浅谈灌排渠系中的排洪建筑物设计

浅谈灌排渠系中的排洪建筑物制定特点单个建筑物的规模一般不大，但数量多，总的工程量和造价均很大。如湖南省韶山灌区总干渠与北干渠总造价中，渠系建筑物占44%，为引水枢纽造价的6.3倍。介绍渠系建筑物又称灌区配套建筑物。分为：①控制、调节和配水建筑物。用于调节水位，分配流量，如克制闸、分水闸、斗门等。②交叉建筑物。用以穿越河渠、洼谷、道路及障碍物，如渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞等。③泄水建筑物。如泄水闸、退水闸、溢流堰等。④落差建筑物。即落差集中处的连接建筑物，如跌水、陡坡和跌井等。⑤冲沙和沉沙建筑物。如冲沙闸、沉沙池等。⑥量水建筑物。如量水堰、量水槽等，也可利用其他水工建筑物量水。⑦专门建筑物和安全设备。如利用渠道落差发电的水电站，通航渠道上的码头、船闸和为人、畜免于落水而设的安全护栏。渠系建筑物数量多、总体工程量大、造价高，故应向定型化、标准化、装配化和机械化施工等方面发展。2为了安全输水，合理配水，准确量水，以达到灌溉、排水及其他用水目的而在渠道上修建的水工建筑物。在农田水利工程建设中，蓄水、引水等枢纽工程，只有与渠系工程配套使用，才能达到兴利的目的，故渠系建筑物又称灌区配套建筑物。灌区工程配套是挖掘现有灌溉设施潜力、发挥工程效益的重要措施。3沿革渠系建筑物在中国很早就出现了。据《水经·渭水注》记载：汉惠帝元年〔公元前194〕筑长安城，用飞渠引水入城；《周礼》一书中的《考工记·匠人》篇〔成书于2000多年前〕记载：“欲为渊，则勾于矩〞；《汉书》卷89“召信臣传〞记载：汉元帝建昭五年〔公元前34〕，召信臣“行视郡中水泉，开通沟渎，起水门提阏凡数十处，以广灌溉〞；《后汉书·张让传》记载：中平三年〔公元186〕毕岚“作翻车、渴乌，施于桥西〞。上述之“飞渠〞、“勾于矩〞、“水门〞及“渴乌〞即为现今渡槽、跌水、水闸及虹吸管。渡槽、跌水、水闸在中国已有2000年以上的历史，虹吸管也有1800年的历史。建于战国前期的引漳十二渠是中国北方引河水灌溉最早的大型灌溉渠系。埃及尼罗河流域、美索不达米亚以及印度河流域等地区都有悠久的灌溉历史。这些地区最古老的灌排渠系建筑物可追溯到公元前2000多年。4类型和作用编辑渠系建筑物按其作用可分为以下几类：①渠道：人工开挖或填筑的水道，用来输送水流以满足灌溉、排水、通航或发电等必需要。一个灌区内灌溉或排水渠道，一般分干、支、斗、农四级构成渠道系统，简称渠系。②调节及配水建筑物：渠道中用以调节水位和分配流量的建筑物，如克制闸、分水闸、斗门等。③交叉建筑物：输送渠道水流穿过山梁和跨越或穿越溪谷、河流、渠道、道路时修建的建筑物，分平交建筑物与立交建筑物两大类。前者为渠道与另一水道相交处具有共同流床的交叉建筑物，适用于两水道底部高程相近的状况。常用的平交建筑有水闸、倒虹吸管等。后者为渠道与天然或人工障碍在不同高程上相交时，在渠道上修建的建筑物，适用于两者高程相差较大状况。常用的立交建筑物有渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞等。④落差建筑物：渠道在地面落差集中或坡度陡峭地段所修建的连接上下游段，或在泄水与退水建筑物中连接渠道与河、沟、库、塘的连接建筑物，如跌水、陡坡、跌井等。⑤渠道泄水及退水建筑物：为了防止渠道水流由于超越同意最高水位而酿成决堤事故，保护危险渠段及重要建筑物安全，放空渠水以进行渠道和建筑物修理等目的所修建的建筑物，如溢流埝、泄水闸、排洪槽、虹吸泄水道、退水闸等。⑥冲沙和沉沙建筑物：为了防止和减少渠道淤积而在渠首或渠系中设置的冲沙和沉沙设施，如沉沙池、冲沙闸等。⑦量水建筑物：为了按用水计划准确而合理地向各级渠道和田间输配水量，并为合理征收水费提供依据，在渠系上设置的各种量水设施。⑧专门建筑物及安全设施：为服务于某一专门目的而在渠道上修建的建筑物称专门建筑物，如通航渠道上的船闸、码头、船坞，利用渠道落差修建的水电站和水力加工站等。安全设施是指为防止、阻拦人畜等进入渠道或使落入渠道的人畜脱离危险的设施，如安全防护栏等。渠系建筑物的形式选择，主要依据灌区规划要求、工程任务，并全面合计地形、地质、建筑材料、施工条件、运用管理、安全经济等各种因素后，进行比较确定。依据渠系建筑物的工作特点，大致可以分为以下几种：1，渠道：其主要作用是用来输送水源至各开发目标，以满足特定用户的用水必需求。依据功能的大小，主次，一般分为干、支、斗、毛、农渠系。2，调节、控制、分配建筑物：其主要功能正如名称所示，一般是由克制闸、控制闸、配水闸、斗门等建筑物来承当，起调节水位，分配水量的作用。3，交叉建筑物：当水渠穿越山沟、河谷、溪流、乡村道路、水利设施等时，为避开或是空中跨越，或是地下水下穿越而修建的特别建筑物。一般常见的有：渡槽、倒虹吸、涵、隧洞等。4，落差建筑物：当渠线经过某些落差集中或坡度陡峭地段所修建的连接上下游段，或在泄水与退水建筑物中连接渠道与河、沟、库、塘的连接建筑物。这些建筑物有：跌水、陡坡、跌井等。5，泄水及退水建筑物：为了保证防洪或度汛安全，保护危险渠段及重要建筑物的安全，保证灌区内人民生命财产的安全，而修建的在非常时期或是检修期临时使用的泄水建筑物。主要有：泄水闸、退水闸、溢流堰、排洪槽、虹吸泄水道、退水闸等。6，冲砂以及沉砂建筑物：顾名思义，就是防止和减少渠道中的推移质过多而产生淤积或沉积过多而在渠首或是渠系中修建的建筑物。主要有冲沙闸、沉砂池等。7，量水建筑物：为了按调度计划合理的向各个用户分配水量，为征收水费提供准确的依据而修建的特别建筑物。主要有量水堰、量水槽等。8，专有建筑物及安全防护设施：为服务于渠系区域内某一专门目的，而在渠道上修建的建筑物：如利用水能修建的渠首电站，为水上运输修建的船闸、码头、船坞等。安全防护设施主要是防止人畜进入或掉入渠道内栏杆，栅栏，围栏等。山区引蓄结合的灌溉系统中渠系的规划布置应注意以下问题：首先，灌溉渠道要与灌区塘、库采纳合理的联结形式。渠道与塘库应该依据其所在位置、高程和充分发挥引蓄作用的原则加以联结。在塘低渠高的状况下，渠与塘联结后，低塘能够承纳并调蓄经由高渠注人的灌溉水或外区地面水，并灌溉塘以下的农田，但是低塘一般无法再将库水送回高渠灌溉高地。在塘渠高相差不大时，渠道与塘的联结，应尽量避免直接穿过塘。在塘高渠低的状况下，高塘只能调蓄本身集水面积上的地面来水，对渠道起补给水量的作用，但是渠水无法自流流入高塘。否则，会使塘水位随渠水位变动，破坏了塘的调蓄作用。此外，要合计灌区内部中小型水库的反调节作用。在蓄水设施中，由于塘堰的抗旱能力较低所有灌溉面积仍须由渠道供水，故在确定渠道制定流量时，不合计它的调蓄作用，但在确定渠道制定流量时应加以合计。引蓄结合的灌溉系统，由于内部存在蓄水设施，其流量推算除了像一般渠系一样要合计一定轮作制度下的最大灌水率及灌溉面积以外，还要合计蓄水设施的调蓄制度。这种反调节作用可使渠道流量的变幅比一般引水渠道小，使制定流量值减小，从而使渠道断面减小。渠系建筑物是为满足灌溉、排水、给水、航运及发电等要求而设置在输水渠系上的各种建筑物。包括调节渠道水位和分配流量的建筑物〔如克制闸、分水闸、斗门等〕、输送渠道水流跨越或穿过山梁、溪谷、河、渠及交通道路的交叉建筑物〔如隧洞、渡槽、倒虹吸管、涵洞等〕、落差建筑物〔如陡坡、跌水等〕、泄水、退水、冲沙、沉沙建筑物、量水建筑物和专门建筑物等。选型时应依据具体状况全面合计地形、地质、建筑材料、施工条件、运用管理、安全经济等各种因素，通过方案比较确定。在易旱易涝易碱地区，如防止土壤次生盐碱化的任务由斗、支沟负担，则田间渠系仅负担灌溉和除涝的任务。在土质比较黏重的易旱易涝地区，控制地下水位要求的排水沟间距较小。因此，除排水农沟外，在农田内部尚须有1~2级田间排水沟。在地下水埋深较大，无控制地下水位和防渍要求，或虽有控制地下水位的任务，但由于土质较轻，要求排水沟间距在200~300米以上时，排除地面水和控制地下水的排水农沟可以结合使用。在这种状况下，农田内部的排水沟主要起除涝作用，田间灌排渠系可以全部或部分结合使用。因此，田间排水系统应与灌溉系统结合布置，由于各地区自然条件不同，田间排水系统的组成和任务也有很大差异，应依据具体要求拟定合理的布置方案。排水农沟的纵坡主要决定于地形坡度。为了排水通畅和防止冲刷，其纵坡系数一般为0。004~0。006，最大不得超过0。01。横断面一般为梯形，边坡视土质而定。为了满足施工和管理要求，沟底宽度一般不小于0。3~0。5米。明沟排水是开挖开敞式沟渠排除农田多余水分的'工程技术措施。明沟排水主要排除地表多余径流，也可排除土壤中多余水分和降低地下水位。排水明沟的制定任务，主要包括确定沟道的沟深、间距和沟道的纵、横断面等。明沟的断面应按制定排涝流量计农田水利建设与相关法律算，有时尚必需合计蓄涝的要求，田间排水沟道在通过最大排水流量时，同意地面短期积水，以滞蓄部分涝水，减少明沟开挖工程量。在排渍期间，田间排水沟的水位应低于排渍所要求的地下水位。不能保证自流排水时，要设置泵站抽排。典型的明沟排水系统一般包括干、支、斗、农、毛等五级，可随排水面积大小划分不同级别。其中干、支沟称为骨干排水沟，主要输送由其他排水沟道汇合的地表及地下径流至排水区外的容泄区；农、毛沟道主要拦截径流，缩短汇流长度，加速径流汇合，它们与田间作物耕作配合密切，称为