淺談灌排渠系中的排洪建筑物設(shè)計(jì)

淺談灌排渠系中的排洪建筑物制定特點(diǎn)單個(gè)建筑物的規(guī)模一般不大，但數(shù)量多，總的工程量和造價(jià)均很大。如湖南省韶山灌區(qū)總干渠與北干渠總造價(jià)中，渠系建筑物占44%，為引水樞紐造價(jià)的6.3倍。介紹渠系建筑物又稱灌區(qū)配套建筑物。分為：①控制、調(diào)節(jié)和配水建筑物。用于調(diào)節(jié)水位，分配流量，如克制閘、分水閘、斗門(mén)等。②交叉建筑物。用以穿越河渠、洼谷、道路及障礙物，如渡槽、倒虹吸管、涵洞、隧洞等。③泄水建筑物。如泄水閘、退水閘、溢流堰等。④落差建筑物。即落差集中處的連接建筑物，如跌水、陡坡和跌井等。⑤沖沙和沉沙建筑物。如沖沙閘、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專門(mén)建筑物和安全設(shè)備。如利用渠道落差發(fā)電的水電站，通航渠道上的碼頭、船閘和為人、畜免于落水而設(shè)的安全護(hù)欄。渠系建筑物數(shù)量多、總體工程量大、造價(jià)高，故應(yīng)向定型化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化和機(jī)械化施工等方面發(fā)展。2為了安全輸水，合理配水，準(zhǔn)確量水，以達(dá)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。在農(nóng)田水利工程建設(shè)中，蓄水、引水等樞紐工程，只有與渠系工程配套使用，才能達(dá)到興利的目的，故渠系建筑物又稱灌區(qū)配套建筑物。灌區(qū)工程配套是挖掘現(xiàn)有灌溉設(shè)施潛力、發(fā)揮工程效益的重要措施。3沿革渠系建筑物在中國(guó)很早就出現(xiàn)了。據(jù)《水經(jīng)·渭水注》記載：漢惠帝元年〔公元前194〕筑長(zhǎng)安城，用飛渠引水入城；《周禮》一書(shū)中的《考工記·匠人》篇〔成書(shū)于2000多年前〕記載：“欲為淵，則勾于矩〞；《漢書(shū)》卷89“召信臣傳〞記載：漢元帝建昭五年〔公元前34〕，召信臣“行視郡中水泉，開(kāi)通溝瀆，起水門(mén)提閼凡數(shù)十處，以廣灌溉〞；《后漢書(shū)·張讓傳》記載：中平三年〔公元186〕畢嵐“作翻車、渴烏，施于橋西〞。上述之“飛渠〞、“勾于矩〞、“水門(mén)〞及“渴烏〞即為現(xiàn)今渡槽、跌水、水閘及虹吸管。渡槽、跌水、水閘在中國(guó)已有2000年以上的歷史，虹吸管也有1800年的歷史。建于戰(zhàn)國(guó)前期的引漳十二渠是中國(guó)北方引河水灌溉最早的大型灌溉渠系。埃及尼羅河流域、美索不達(dá)米亞以及印度河流域等地區(qū)都有悠久的灌溉歷史。這些地區(qū)最古老的灌排渠系建筑物可追溯到公元前2000多年。4類型和作用編輯渠系建筑物按其作用可分為以下幾類：①渠道：人工開(kāi)挖或填筑的水道，用來(lái)輸送水流以滿足灌溉、排水、通航或發(fā)電等必需要。一個(gè)灌區(qū)內(nèi)灌溉或排水渠道，一般分干、支、斗、農(nóng)四級(jí)構(gòu)成渠道系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱渠系。②調(diào)節(jié)及配水建筑物：渠道中用以調(diào)節(jié)水位和分配流量的建筑物，如克制閘、分水閘、斗門(mén)等。③交叉建筑物：輸送渠道水流穿過(guò)山梁和跨越或穿越溪谷、河流、渠道、道路時(shí)修建的建筑物，分平交建筑物與立交建筑物兩大類。前者為渠道與另一水道相交處具有共同流床的交叉建筑物，適用于兩水道底部高程相近的狀況。常用的平交建筑有水閘、倒虹吸管等。后者為渠道與天然或人工障礙在不同高程上相交時(shí)，在渠道上修建的建筑物，適用于兩者高程相差較大狀況。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連接上下游段，或在泄水與退水建筑物中連接渠道與河、溝、庫(kù)、塘的連接建筑物，如跌水、陡坡、跌井等。⑤渠道泄水及退水建筑物：為了防止渠道水流由于超越同意最高水位而釀成決堤事故，保護(hù)危險(xiǎn)渠段及重要建筑物安全，放空渠水以進(jìn)行渠道和建筑物修理等目的所修建的建筑物，如溢流埝、泄水閘、排洪槽、虹吸泄水道、退水閘等。⑥沖沙和沉沙建筑物：為了防止和減少渠道淤積而在渠首或渠系中設(shè)置的沖沙和沉沙設(shè)施，如沉沙池、沖沙閘等。⑦量水建筑物：為了按用水計(jì)劃準(zhǔn)確而合理地向各級(jí)渠道和田間輸配水量，并為合理征收水費(fèi)提供依據(jù)，在渠系上設(shè)置的各種量水設(shè)施。⑧專門(mén)建筑物及安全設(shè)施：為服務(wù)于某一專門(mén)目的而在渠道上修建的建筑物稱專門(mén)建筑物，如通航渠道上的船閘、碼頭、船塢，利用渠道落差修建的水電站和水力加工站等。安全設(shè)施是指為防止、阻攔人畜等進(jìn)入渠道或使落入渠道的人畜脫離危險(xiǎn)的設(shè)施，如安全防護(hù)欄等。渠系建筑物的形式選擇，主要依據(jù)灌區(qū)規(guī)劃要求、工程任務(wù)，并全面合計(jì)地形、地質(zhì)、建筑材料、施工條件、運(yùn)用管理、安全經(jīng)濟(jì)等各種因素后，進(jìn)行比較確定。依據(jù)渠系建筑物的工作特點(diǎn)，大致可以分為以下幾種：1，渠道：其主要作用是用來(lái)輸送水源至各開(kāi)發(fā)目標(biāo)，以滿足特定用戶的用水必需求。依據(jù)功能的大小，主次，一般分為干、支、斗、毛、農(nóng)渠系。2，調(diào)節(jié)、控制、分配建筑物：其主要功能正如名稱所示，一般是由克制閘、控制閘、配水閘、斗門(mén)等建筑物來(lái)承當(dāng)，起調(diào)節(jié)水位，分配水量的作用。3，交叉建筑物：當(dāng)水渠穿越山溝、河谷、溪流、鄉(xiāng)村道路、水利設(shè)施等時(shí)，為避開(kāi)或是空中跨越，或是地下水下穿越而修建的特別建筑物。一般常見(jiàn)的有：渡槽、倒虹吸、涵、隧洞等。4，落差建筑物：當(dāng)渠線經(jīng)過(guò)某些落差集中或坡度陡峭地段所修建的連接上下游段，或在泄水與退水建筑物中連接渠道與河、溝、庫(kù)、塘的連接建筑物。這些建筑物有：跌水、陡坡、跌井等。5，泄水及退水建筑物：為了保證防洪或度汛安全，保護(hù)危險(xiǎn)渠段及重要建筑物的安全，保證灌區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，而修建的在非常時(shí)期或是檢修期臨時(shí)使用的泄水建筑物。主要有：泄水閘、退水閘、溢流堰、排洪槽、虹吸泄水道、退水閘等。6，沖砂以及沉砂建筑物：顧名思義，就是防止和減少渠道中的推移質(zhì)過(guò)多而產(chǎn)生淤積或沉積過(guò)多而在渠首或是渠系中修建的建筑物。主要有沖沙閘、沉砂池等。7，量水建筑物：為了按調(diào)度計(jì)劃合理的向各個(gè)用戶分配水量，為征收水費(fèi)提供準(zhǔn)確的依據(jù)而修建的特別建筑物。主要有量水堰、量水槽等。8，專有建筑物及安全防護(hù)設(shè)施：為服務(wù)于渠系區(qū)域內(nèi)某一專門(mén)目的，而在渠道上修建的建筑物：如利用水能修建的渠首電站，為水上運(yùn)輸修建的船閘、碼頭、船塢等。安全防護(hù)設(shè)施主要是防止人畜進(jìn)入或掉入渠道內(nèi)欄桿，柵欄，圍欄等。山區(qū)引蓄結(jié)合的灌溉系統(tǒng)中渠系的規(guī)劃布置應(yīng)注意以下問(wèn)題：首先，灌溉渠道要與灌區(qū)塘、庫(kù)采納合理的聯(lián)結(jié)形式。渠道與塘庫(kù)應(yīng)該依據(jù)其所在位置、高程和充分發(fā)揮引蓄作用的原則加以聯(lián)結(jié)。在塘低渠高的狀況下，渠與塘聯(lián)結(jié)后，低塘能夠承納并調(diào)蓄經(jīng)由高渠注人的灌溉水或外區(qū)地面水，并灌溉塘以下的農(nóng)田，但是低塘一般無(wú)法再將庫(kù)水送回高渠灌溉高地。在塘渠高相差不大時(shí)，渠道與塘的聯(lián)結(jié)，應(yīng)盡量避免直接穿過(guò)塘。在塘高渠低的狀況下，高塘只能調(diào)蓄本身集水面積上的地面來(lái)水，對(duì)渠道起補(bǔ)給水量的作用，但是渠水無(wú)法自流流入高塘。否則，會(huì)使塘水位隨渠水位變動(dòng)，破壞了塘的調(diào)蓄作用。此外，要合計(jì)灌區(qū)內(nèi)部中小型水庫(kù)的反調(diào)節(jié)作用。在蓄水設(shè)施中，由于塘堰的抗旱能力較低所有灌溉面積仍須由渠道供水，故在確定渠道制定流量時(shí)，不合計(jì)它的調(diào)蓄作用，但在確定渠道制定流量時(shí)應(yīng)加以合計(jì)。引蓄結(jié)合的灌溉系統(tǒng)，由于內(nèi)部存在蓄水設(shè)施，其流量推算除了像一般渠系一樣要合計(jì)一定輪作制度下的最大灌水率及灌溉面積以外，還要合計(jì)蓄水設(shè)施的調(diào)蓄制度。這種反調(diào)節(jié)作用可使渠道流量的變幅比一般引水渠道小，使制定流量值減小，從而使渠道斷面減小。渠系建筑物是為滿足灌溉、排水、給水、航運(yùn)及發(fā)電等要求而設(shè)置在輸水渠系上的各種建筑物。包括調(diào)節(jié)渠道水位和分配流量的建筑物〔如克制閘、分水閘、斗門(mén)等〕、輸送渠道水流跨越或穿過(guò)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、沖沙、沉沙建筑物、量水建筑物和專門(mén)建筑物等。選型時(shí)應(yīng)依據(jù)具體狀況全面合計(jì)地形、地質(zhì)、建筑材料、施工條件、運(yùn)用管理、安全經(jīng)濟(jì)等各種因素，通過(guò)方案比較確定。在易旱易澇易堿地區(qū)，如防止土壤次生鹽堿化的任務(wù)由斗、支溝負(fù)擔(dān)，則田間渠系僅負(fù)擔(dān)灌溉和除澇的任務(wù)。在土質(zhì)比較黏重的易旱易澇地區(qū)，控制地下水位要求的排水溝間距較小。因此，除排水農(nóng)溝外，在農(nóng)田內(nèi)部尚須有1~2級(jí)田間排水溝。在地下水埋深較大，無(wú)控制地下水位和防漬要求，或雖有控制地下水位的任務(wù)，但由于土質(zhì)較輕，要求排水溝間距在200~300米以上時(shí)，排除地面水和控制地下水的排水農(nóng)溝可以結(jié)合使用。在這種狀況下，農(nóng)田內(nèi)部的排水溝主要起除澇作用，田間灌排渠系可以全部或部分結(jié)合使用。因此，田間排水系統(tǒng)應(yīng)與灌溉系統(tǒng)結(jié)合布置，由于各地區(qū)自然條件不同，田間排水系統(tǒng)的組成和任務(wù)也有很大差異，應(yīng)依據(jù)具體要求擬定合理的布置方案。排水農(nóng)溝的縱坡主要決定于地形坡度。為了排水通暢和防止沖刷，其縱坡系數(shù)一般為0。004~0。006，最大不得超過(guò)0。01。橫斷面一般為梯形，邊坡視土質(zhì)而定。為了滿足施工和管理要求，溝底寬度一般不小于0。3~0。5米。明溝排水是開(kāi)挖開(kāi)敞式溝渠排除農(nóng)田多余水分的'工程技術(shù)措施。明溝排水主要排除地表多余徑流，也可排除土壤中多余水分和降低地下水位。排水明溝的制定任務(wù)，主要包括確定溝道的溝深、間距和溝道的縱、橫斷面等。明溝的斷面應(yīng)按制定排澇流量計(jì)農(nóng)田水利建設(shè)與相關(guān)法律算，有時(shí)尚必需合計(jì)蓄澇的要求，田間排水溝道在通過(guò)最大排水流量時(shí)，同意地面短期積水，以滯蓄部分澇水，減少明溝開(kāi)挖工程量。在排漬期間，田間排水溝的水位應(yīng)低于排漬所要求的地下水位。不能保證自流排水時(shí)，要設(shè)置泵站抽排。典型的明溝排水系統(tǒng)一般包括干、支、斗、農(nóng)、毛等五級(jí)，可隨排水面積大小劃分不同級(jí)別。其中干、支溝稱為骨干排水溝，主要輸送由其他排水溝道匯合的地表及地下徑流至排水區(qū)外的容泄區(qū)；農(nóng)、毛溝道主要攔截徑流，縮短匯流長(zhǎng)度，加速?gòu)搅鲄R合，它們與田間作物耕作配合密切，稱為