灌溉渠系規(guī)劃

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 第一節(jié)  灌溉渠系規(guī)劃

一、灌溉渠系概述 1．灌溉渠系的組成 　　灌溉渠系由各級(jí)灌溉渠道和退(泄)水渠道組成。灌溉渠道按其使用壽命分為固定渠道和臨時(shí)渠道兩種：多年使用的永久性渠道稱為固定渠道；使用壽命小于一年的季節(jié)性渠道稱為臨時(shí)渠道。按控制面積大小和水量分配層次又可把灌溉渠道分為若干等級(jí)：大、中型灌區(qū)的固定渠道一般分為干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠四級(jí)，如圖4-1所示；在地形復(fù)雜的大型灌區(qū)，固定渠道的級(jí)數(shù)往往多于四級(jí)，干渠可分成總干渠和分干渠，支渠可下設(shè)分支渠，甚至斗渠也可下設(shè)分斗渠；在灌溉面積較小的灌區(qū)，固定渠道的級(jí)數(shù)較少；如灌區(qū)呈狹長(zhǎng)的帶狀地形，固定渠道的級(jí)數(shù)也較少，干渠的下一級(jí)渠道很短，可稱為斗渠，這種灌區(qū)的固定渠道就分為干、斗、農(nóng)三級(jí)。農(nóng)渠以下的小渠道一般為季節(jié)性的臨時(shí)渠道。 退、泄水渠道包括渠首排沙渠、中途泄水渠和渠尾退水渠，其主要作用是定期沖刷和排放渠首段的淤沙、排泄入渠洪水、退泄渠道剩余水量及下游出現(xiàn)工程事故時(shí)斷流排水等，達(dá)到調(diào)節(jié)渠道流量、保證渠道及建筑物安全運(yùn)行的目的。中途退水設(shè)施一般布置在重要建筑物和險(xiǎn)工渠段的上游。干、支渠道的末端應(yīng)設(shè)退水渠道。 2．灌溉渠道的規(guī)劃原則 1) 干渠應(yīng)布置在灌區(qū)的較高地帶，以便自流控制較大的灌溉面積。其他各級(jí)渠道亦應(yīng)布置在各自控制范圍內(nèi)的較高地帶。對(duì)面積很小的局部高地宜采用提水灌溉的方式，不必?fù)?jù)此抬高渠道高程。 2) 使工程量和工程費(fèi)用最小。一般來(lái)說(shuō)，渠線應(yīng)盡可能短直，以減少占地和工程量。但在山區(qū)、丘陵地區(qū)，崗、沖、溪、谷等地形障礙較多，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，若渠道沿等高線繞崗穿谷，可減少建筑物的數(shù)量或減小建筑物的規(guī)模，但渠線較長(zhǎng)，土方量較大，占地較多；如果渠道直穿崗、谷，則渠線短直，工程量和占地較少，但建筑物投資較大。究竟采用哪種方案，要通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較才能確定。 3) 灌溉渠道的位置應(yīng)參照行政區(qū)劃確定，盡可能使各用水單位都有獨(dú)立的用水渠道，以利管理。 4) 斗、農(nóng)渠的布置要滿足機(jī)耕要求。渠道線路要直，上、下級(jí)渠道盡可能垂直，斗、農(nóng)渠的間距要有利于機(jī)械耕作。 5) 要考慮綜合利用。山區(qū)、丘陵區(qū)的渠道布置應(yīng)集中落差，以便發(fā)電和進(jìn)行農(nóng)副業(yè)加工。 6) 灌溉渠系規(guī)劃應(yīng)和排水系統(tǒng)規(guī)劃結(jié)合進(jìn)行。在多數(shù)地區(qū)，必須有灌有排，以便有效地調(diào)節(jié)農(nóng)田水分狀況。通常先以天然河溝作為骨干排水溝道，布置排水系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，布置灌溉渠系。應(yīng)避免溝、渠交叉，以減少交叉建筑物。 7) 灌溉渠系布置應(yīng)和土地利用規(guī)劃(如耕作區(qū)、道路、林帶、居民點(diǎn)等規(guī)劃)相配合，以提高土地利用率，方便生產(chǎn)和生活。 二、干、支渠的規(guī)劃布置形式 干、支渠的布置形式主要取決于地形條件，大致可以分為以下三種類型： 1．山區(qū)、丘陵區(qū)灌區(qū)的干、支渠布置 山區(qū)、丘陵區(qū)地形比較復(fù)雜，崗沖交錯(cuò)，起伏劇烈，坡度較陡，河床切割較深，比降較大，耕地分散，位置較高。一般需要從河流上游引水灌溉，輸水距離較長(zhǎng)。所以，這類灌區(qū)干、支渠道的特點(diǎn)是：渠道高程較高，比降平緩，渠線較長(zhǎng)而且彎曲較多，深挖、高填渠段較多，沿渠交叉建筑物較多。渠道常和沿途的塘壩、水庫(kù)相聯(lián)，形成長(zhǎng)藤結(jié)瓜式水利系統(tǒng)，以求增強(qiáng)水資源的調(diào)蓄利用能力和提高灌溉工程的利用率。 山丘、丘陵區(qū)的干渠一般沿灌區(qū)上部邊緣布置，大體上和等高線平行，支渠沿兩溪間的分水嶺布置，如圖4-2所示。在丘陵地區(qū)，如灌區(qū)內(nèi)有主要崗嶺橫貫中部，干渠可布置在崗脊上，大體和等高線垂直，干渠比降視地面坡度而定，支渠自干渠兩側(cè)分出，控制崗嶺兩側(cè)的坡地。 2．平原區(qū)灌區(qū)的干、支渠布置 這類灌區(qū)大多位于河流中、下游地區(qū)的沖積平原，地形平坦開(kāi)闊，耕地集中連片。山前洪積沖積扇，除地面坡度較大外，也具有平原地區(qū)的其他特征。河谷階地位于河流兩側(cè)，呈狹長(zhǎng)地帶，地面坡度傾向河流，高處地面坡度較大，河流附近坡度平緩，水文地質(zhì)條件和土地利用等情況和平原地區(qū)相似。這些地區(qū)的渠幣規(guī)劃具有類似的特點(diǎn)，可歸為一類。干渠多沿等高線布置，支渠垂直等高線布置，如圖4-3所示。 3．圩垸區(qū)灌區(qū)的干、支渠布置 分布在沿江、濱湖低洼地區(qū)的圩垸區(qū)，地勢(shì)平坦低洼，河湖港汊密布，洪水位高于地面，必須依靠筑堤圈圩才能保證正常的生產(chǎn)和生活，一般沒(méi)有常年自流排灌的條件，普遍采用機(jī)電排灌站進(jìn)行提排、提灌。面積較大的圩垸，往往一圩多站，分區(qū)灌溉或排澇。圩內(nèi)地形一般是周?chē)摺⒅虚g低。灌溉干渠多沿圩堤布置，灌溉渠系通常只有干、支兩級(jí)，如圖4-4所示。 三、斗、農(nóng)渠的規(guī)劃布置 1．斗、農(nóng)渠的規(guī)劃要求 斗、農(nóng)渠的規(guī)劃和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求關(guān)系密切，除遵守前面講過(guò)的灌溉渠道規(guī)劃原則外，還應(yīng)滿足下列要求： 1) 適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和機(jī)械耕作要求；   圖4-4  圩垸區(qū)干支渠布置 2) 便于配水和灌水，有利于提高灌水工作效率； 3) 有利于灌水和耕作的密切配合； 4) 土地平整工程量較少。 2．斗渠的規(guī)劃布置 斗渠的長(zhǎng)度和控制面積隨地形變化很大。山區(qū)、丘陵地區(qū)的斗渠長(zhǎng)度較短，控制面積較小。平原地區(qū)的斗渠較長(zhǎng)，控制面積較大。我國(guó)北方平原地區(qū)一些大型自流灌區(qū)的斗渠長(zhǎng)度一般為3～5km，控制面積為3000～5000畝。 斗渠的間距主要根據(jù)機(jī)耕要求確定，和農(nóng)渠的長(zhǎng)度相適應(yīng)。 3．農(nóng)渠的規(guī)劃布置 農(nóng)渠是末級(jí)固定渠道，控制范圍為一個(gè)耕作單元。農(nóng)渠長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)耕要求確定，在平原地區(qū)通常為500～1000m，間距為200～400m，控制面積為200～600畝。丘陵地區(qū)農(nóng)渠的長(zhǎng)度和控制面積較小。在有控制地下水位要求的地區(qū)，農(nóng)渠間距根據(jù)農(nóng)溝間距確定。 4．灌溉渠道和排水溝道的配合 灌溉系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的規(guī)劃要互相參照、互相配合、統(tǒng)盤(pán)考慮。斗、農(nóng)渠和斗、農(nóng)溝的關(guān)系則更為密切，他們的配合方式取決于地形條件，有以下兩種基本形式： (1) 灌排相間布置  在地形平坦或有微地形起伏的地區(qū)，宜把灌溉渠道和排水溝道交錯(cuò)布置，溝、渠都是兩側(cè)控制，工程量較省。這種布置形式稱為灌排相間布置，如圖4-5(a)所示。 (2) 灌排相鄰布置  在地面向一側(cè)傾斜的地區(qū)，渠道只能向一側(cè)灌水，排水溝也只能接納一邊的徑流，灌溉渠道和排水溝道只能并行，上灌下排，互相配合。這種布置形式稱為灌排相鄰布置，見(jiàn)圖4-5(b)。   圖4-5  溝、渠配合方式 (a) 灌排相間布置；(b) 灌排相鄰布置 四、渠線規(guī)劃步驟 干、支渠道的渠線規(guī)劃大致可分為查勘、紙上定線和定線測(cè)量三個(gè)步驟，簡(jiǎn)述如下： 1．查勘 先在小比例尺(一般為1/50000)地形圖上初步布置渠線位置，地形復(fù)雜的地段可布置幾條比較線路，然后進(jìn)行實(shí)際查勘，調(diào)查渠道沿線的地形、地質(zhì)條件，估計(jì)建筑物的類型、數(shù)量和規(guī)模，對(duì)難工地段要進(jìn)行初勘和復(fù)勘，經(jīng)反復(fù)分析比較后，初步確定一個(gè)可行的渠線布置方案。 2．紙上定線 對(duì)經(jīng)過(guò)查勘初步確定的渠線，測(cè)量帶狀地形圖，比例尺為1/1000～1/5000，等高距為0.5～1.0m，測(cè)量范圍從初定的渠道中心線向兩側(cè)擴(kuò)展，寬度為100～200m。在帶狀地形圖上準(zhǔn)確地布置渠道中心線的位置，包括彎道的曲率半徑和弧形中心線的位置，并根據(jù)沿線地形和輸水流量選擇適宜的渠道比降。在確定渠線位置時(shí)，要充分考慮到渠道水位的沿程變化和地面高程。在平原地區(qū)，渠道設(shè)計(jì)水位一般應(yīng)高于地面，形成半挖半填渠道，使渠道水位有足夠的控制高程。在丘陵山區(qū)，當(dāng)渠道沿線地面橫向坡度較大時(shí)，可按渠道設(shè)計(jì)水位選擇渠道中心線的地面高程。還應(yīng)使渠線順直，避免過(guò)多的彎曲。 3．定線測(cè)量 通過(guò)測(cè)量，把帶狀地形圖上的渠道中心線放到地面上去，沿線打上木樁，木樁的位置和間距視地形變化情況而定，木樁上寫(xiě)上樁號(hào)，并測(cè)量各木樁處的地面高程和橫向地面高程線，再根據(jù)設(shè)計(jì)的渠道縱橫斷面確定各樁號(hào)處的挖、填深度和開(kāi)挖線位置。吖麥喋 在平原地區(qū)和小型灌區(qū)，可用比例尺等于或大于萬(wàn)分之一的地形圖進(jìn)行渠線規(guī)劃，先在圖紙上初定渠線，再進(jìn)行實(shí)際調(diào)查，修改渠線，然后進(jìn)行定線測(cè)量，一般不測(cè)帶狀地形圖。斗、農(nóng)渠的規(guī)劃也可參照這個(gè)步驟進(jìn)行。 五、渠系建筑物的規(guī)劃布置 渠系建筑物系指各級(jí)渠道上的建筑物，按其作用的不同，可分為以下幾種類型： 1．引水建筑物 從河流無(wú)壩引水灌溉時(shí)的引水建筑物就是渠首進(jìn)水閘，其作用是調(diào)節(jié)引入干渠的流量；有壩引水時(shí)的引水建筑物是由攔河壩、沖沙閘、進(jìn)水閘等組成的灌溉引水樞紐，其作用是壅高水位、沖刷進(jìn)水閘前的淤沙、調(diào)節(jié)干渠的進(jìn)水流量、滿足灌溉對(duì)水位、流量的要求。需要提水灌溉時(shí)修筑在渠首的水泵站和需要調(diào)節(jié)河道流量滿足灌溉要求時(shí)修建的水庫(kù)，也均屬于引水建筑物。 2．配水建筑物 配水建筑物主要包括分水閘和節(jié)制閘。 (1) 分水閘  建在上級(jí)渠道向下級(jí)渠道分水的地方。上級(jí)渠道的分水閘就是下級(jí)渠道的進(jìn)水閘。斗、農(nóng)渠的進(jìn)水閘慣稱為斗門(mén)、農(nóng)門(mén)。分水閘的作用是控制和調(diào)節(jié)向下級(jí)渠道的配水流量，其結(jié)構(gòu)形式有開(kāi)敞式和涵洞式兩種。 (2) 節(jié)制閘  節(jié)制閘垂直渠道中心線布置，其作用是根據(jù)需要抬高上游渠道的水位或阻止渠水繼續(xù)流向下游。在下列情況下需要設(shè)置節(jié)制閘： 1) 在下級(jí)渠道中，個(gè)別渠道進(jìn)水口處的設(shè)計(jì)水位和渠底高程較高，當(dāng)上級(jí)渠道的工作流量小于設(shè)計(jì)流量時(shí)，就進(jìn)水困難，為了保證該渠道能正常引水灌溉，就要在分水口的下游設(shè)一節(jié)制閘，壅高上游水位，滿足下級(jí)渠道的引水要求，見(jiàn)圖4-6。 2) 下級(jí)渠道實(shí)行輪灌時(shí)，需在輪灌組的分界處設(shè)置節(jié)制閘，在上游渠道輪灌供水期間，用節(jié)制閘攔斷水流，把全部水量分配給上游輪灌組中的各條下級(jí)渠道。 3) 為了保護(hù)渠道上的重要建筑物或險(xiǎn)工渠段，退泄降雨期間匯入上游渠段的降雨徑流，通常在它們的上游設(shè)泄水閘，在泄水閘與被保護(hù)建筑物之間設(shè)節(jié)制閘，使多余水量從泄水閘流向天然河道或排水溝道。 3．交叉建筑物 渠道穿越山崗、河溝、道路時(shí)，需要修建交叉建筑物。常見(jiàn)的交叉建筑物有隧洞、渡槽、倒虹吸、涵洞、橋梁等。 (1) 隧洞  當(dāng)渠道遇到山崗時(shí)，或因石質(zhì)堅(jiān)硬，或因開(kāi)挖工程量過(guò)大，往往不能采用深挖方渠道，如沿等高線繞行，渠道線路又過(guò)長(zhǎng)，工程量仍然較大，而且增加了水頭損失。在這種情況下，可選擇山崗單薄的地方鑿洞而過(guò)。 (2) 渡槽  渠道穿過(guò)河溝、道路時(shí)，如果渠底高于河溝最高洪水位或渠底高于路面的凈空大于行駛車(chē)輛要求的安全高度時(shí)，可架設(shè)渡槽，讓渠道從河溝、道路的上空通過(guò)。渠道穿越洼地時(shí)，如采取高填方渠道工程量太大，也可采用渡槽。圖4-7表示渠道跨越河溝時(shí)的渡槽。 (3) 倒虹吸  渠道穿過(guò)河溝、道路時(shí)，如果渠道水位高出路面或河溝洪水位，但渠底高程卻低于路面或河溝洪水位時(shí)；或渠底高程雖高于路面，但凈空不能滿足交通要求時(shí)，就要用壓力管道代替渠道，從河溝、道路下面通過(guò)，壓力管道的軸線向下彎曲，形似倒虹，見(jiàn)圖4-8。 (4) 涵洞  渠道與道路相交，渠道水位低于路面，而且流量較小時(shí)，常在路面下面埋設(shè)平直的管道，叫做涵洞。當(dāng)渠道與河溝相交，河溝洪水位低于渠底高程，而且河溝洪水流量小于渠道流量時(shí)，可用填方渠道跨越河溝，在填方渠道下面建造排洪涵洞。 (5) 橋梁  渠道與道路相交，渠道水位低于路面，而且流量較大、水面較寬時(shí)，要在渠道上修建橋梁，滿足交通要求。 4．銜接建筑物 當(dāng)渠道通過(guò)坡度較大的地段時(shí)，為了防止渠道沖刷，保持渠道的設(shè)計(jì)比降，就把渠道分成上、下兩段，中間用銜接建筑物聯(lián)結(jié)，這種建筑物常見(jiàn)的有跌水和陡坡，見(jiàn)圖4-9和圖4-10。一般當(dāng)渠道通過(guò)跌差較小的陡坎時(shí)，可采用跌水；跌差較大、地形變化均勻時(shí)，多采用陡坡。    5．泄水建筑物 為了防止由于沿渠坡面徑流匯入渠道或因下級(jí)(游)渠道事故停水而使渠道水位突然升高，威脅渠道的安全運(yùn)行，必須在重要建筑物和大填方段的上游以及山洪入渠處的下游修建泄水建筑物，泄放多余的水量。通常是在渠岸上修建溢流堰或泄水閘，當(dāng)渠道水位超過(guò)加大水位時(shí)，多余水量即自動(dòng)溢出或通過(guò)泄水閘渲泄出去，確保渠道的安全運(yùn)行。泄水建筑物具體位置的確定，還要考慮地形條件，應(yīng)選在能利用天然河溝、洼地等作為泄水出路的地方，以減少開(kāi)挖泄水溝道的工程量。從多泥沙河流引水的干渠，常在進(jìn)水閘后選擇有利泄水的地形，開(kāi)挖泄水渠，設(shè)置泄水閘，根據(jù)需要開(kāi)閘泄水，沖刷淤積在渠首段的泥沙。為了退泄灌溉余水，干、支、斗渠的末端應(yīng)設(shè)退水閘和退水渠。 6．量水建筑物 灌溉工程的正常運(yùn)行需要控制和量測(cè)水量，以便實(shí)施科學(xué)的用水管理。在各級(jí)渠道的進(jìn)水口需要量測(cè)入渠水量，在末級(jí)渠道上需要量測(cè)向田間灌溉的水量，在退水渠上要量測(cè)渠道退泄的水量?？梢岳盟l等建筑物的水位～流量關(guān)系進(jìn)行量水，但建筑物的變形以及流態(tài)不夠穩(wěn)定等因素會(huì)影響量水的精度。在現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)中，要求在各級(jí)渠道進(jìn)水閘下游，安裝專用的量水建筑物或量水設(shè)備。量水堰是常用的量水建筑物，三角形薄壁堰、矩形薄壁堰和梯形薄壁堰在灌區(qū)量水中廣為使用。巴歇爾量水槽(圖4-11)也是廣泛使用的一種量水建筑物，雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高，但壅水較小，行近流速對(duì)量水精度的影響較小，進(jìn)口和喉道處的流速很大，泥沙不易沉積，能保證量水精度。