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试论U形渠道抛物线形量水堰推广应用研究
导语：20世纪70年代以来，我国广泛采用U形断面衬砌渠道，因其水力条件好、过流能力大、输沙能力强，抗冻抗折、防渗防淤、整体性能好、省工省料、占地少和管理方便等优点，特别适合在扬程高、抽水成本大的抽水灌区应用，其经济效益十分可观。以下是小编为大家整理的试论U形渠道抛物线形量水堰推广应用研究论文范文，希望大家喜欢，更多内容请浏览(www.oh100.com/bylw)。
【摘要】：针对东雷抽黄灌区的现状与存在的问题，引进了“U形渠道平底抛物线形无喉道量水槽”，介绍了该量水槽的优点，提出了推广的技术要点和改进点，以为该成果的推广应用提供参考。
【关键词】：U形渠道;抛物线形量水堰;东雷抽黄灌区;陕西渭南
东雷抽黄是以黄河为水源的大型高扬程多级电力提灌工程，灌溉面积5.074万hm2，有效灌溉面积4.27万hm2，灌区共有梯形干渠7条、U形支渠42条、U形斗渠389条、U形分引渠3 820条，正常年份平均斗口用水量7 000万m3。灌区已形成优质苹果基地2万hm2和小杂果基地6 666.67 hm2。灌溉事业的发展极大地改善了灌区农业生产和农村生活条件，推动了灌区产业结构的不断调整和区域社会经济的发展。
U形渠具有占地少、水力条件好、整体性能优良和方便管理等诸多优点，但没有与其完善配套的量水堰。该文对“U形渠道平底抛物线形无喉道量水堰”科研成果进行总结，提出了推广技术要点和改进点，以使该成果能在陕西省乃至全国得到更好地推广应用。
1、灌区现状与存在的问题
20世纪70年代以来，我国广泛采用U形断面衬砌渠道，因其水力条件好、过流能力大、输沙能力强，抗冻抗折、防渗防淤、整体性能好、省工省料、占地少和管理方便等优点，特别适合在扬程高、抽水成本大的抽水灌区应用，其经济效益十分可观。但是没有与其完善配套的量水堰。随着U形渠道的广泛应用，其量水计量征费难的问题已成为灌区管理的难题，其原因主要有以下几点：①现有巴歇尔、无喉道等量水堰只适用于矩形和梯形渠道，如原状嫁接在U形渠道上时，由于上、下游水力条件的改变及过流段连接不善，而失去量水功能或量水误差较大;②以往采用流速仪和浮标测量水量的方法，因U形渠道部分过水面积难以计算准确，平均流速难以确定，操作不便;③这种渠堰不配，甚至有渠无堰的现象，使灌区由此浪费水量数百万立方米之多，损失在数百万元以上，使行水组织无法准确计量征费和计划配水。这也成为影响基层行水干部与灌区群众关系，造成个别行水干部“坑农”、 “亏农”等不廉政行为的重要因素和条件[1]。
2、对策研究
量水堰是不可代替的量水设施(如同水表、电表)，U形支渠、斗渠、分引渠道量水堰是各管理总站、段斗、村组3级水管组织按计划调配水量、结算水帐、按量计费的依据处，是管理局对各管理总站、基层段斗行水组织年度供水目标任务、经济指标考核的量化口，也是各项灌溉系数的施测点。解决U形渠道量水难，订好供水单位与灌农买卖双方的“公平秤”尤为重要。对此，管理局抽调技术人员，设立专项资金，成立项目技术攻关组，先将巴歇尔堰、无喉道堰原状嫁接到U形渠道上，因水流条件的改变，未能形成量水曲线，未达到量水效果;后邀请科研院校专家教授来灌区实地调研，结合实际，应用高校科研技术成果，走出一条引进试验、创新成果、推广应用的道路。
3、引进新型量水堰
“U形渠道平底抛物线形无喉道量水槽”(简称抛物线形量水堰)是西北农林科技大学研究的技术成果，在国家科技部、农业部、水利部联合召开的全国农业节水技术评估会上确定为农业节水大面积推广项目。在西农大教授指导下，在加西干五斗、东雷四支渠上各试验修建1座抛物线形量水堰。在试运行中，技术人员多次运用三角堰、流速仪和无喉道堰同时进行3个灌季的测试校验，其结果表明：该堰不仅适应多泥沙水流量水，且具有量水精度高、过流能力强、泥沙影响小、水头损失小、省工省料等优点，是多泥沙灌区U形渠道上理想的量水设施[2]。
经测校资料对比分析，抛物线形量水堰显现出以下优点：
(1)该堰结构简单，施工方便，省工省料，造价低廉，坚固耐用。在U形渠道上，不计上、下游30～50 m的“U”改“梯”费用，仅安装歇尔堰的费用包括：支渠2 864元，斗渠860元，分引渠360元;而安装抛物线形量水堰的费用包括：支渠392元，斗渠180元，分引渠130元。经比较发现，该堰可节省费用达83%。
(2)量水精度高。经过试验观测，该堰断面上宽下窄，水位对流量的变化反应比较灵敏，因此量水精度高。一般平均误差在3.2%以内(小于5%的灌溉量水误差要求)，精确测量的最小流量为5 L/s，最大流量可测到1 500 L/s。
(3)壅水高度小，过流能力强。由于抛物线形断面与U形断面面积相同时，其水力半径大于U形断面，因而水流所受阻力小，壅水高度小，具有较强的过水能力。
(4)不致泥沙淤积。由于该堰是平底开敞式，在已成渠道上安装，不会引起渠道淤积。
(5)自由流态稳定，适应性强。这种量水堰在适用比降范围内均未发生过淹没出流现象。
(6)使用方便。在测流时只需读出上游水尺，即可由量水手册查得过堰流量。
(7)抛物线形断面与U形渠道断面相协调，U形渠道尺寸改变时，抛物线的形状口也随之变化，但流量公式及量水精度不变。
因此，不论从水流运动规律分析，还是从建筑物的外观上看，这种量水堰与U形渠道协调良好，尤其是泥沙影响小，量水精度高，使用方便，不破坏原渠道，很适合在灌区U形渠道上广泛应用。
4、抛物线形量水堰的推广方法
为了使项目推广工作顺利进行，根据灌区实际，在四大灌溉系统全面进行选点示范，并不断总结设计、制模、施工验收的经验，完善各项规章制度，采取了“引进、试验、示范、推广”四步走的技术路线和“五统一，四保证、三把关、三验收”的工作方法[3]。
“五统一”即统一测量渠道参数、统一设计、统一制做堰板、统一施工步骤及要求、统一验收标准。首先，由科室统一设计出抛物线形量水堰定型图和水位流量表计算程序，印发抛物线形量水堰施工与维护方法。其次，根据各管理总站按要求报来的U形渠道断面几何尺寸和比降使用情况等有关参数，计算出量水堰的设计技术参数及堰口抛物线方程。第三，由专人按照抛物线方程计算的数据，在五合板上点汇堰口抛物线，切割成施工堰板。第四，在实际修建中，严格按照设计施工图施工。最后由管理局、总站及管理处组织验收。另外，根据灌区渠道分散，且修建量水堰量大面广、战线长、要求严格的特点，从一开始就要求做好四保证，即组织保证、技术保证、质量保证、人员保证，“三把关”即把好渠道技术测量关、堰板放线关、施工质量关，“三验收”即技术员现场验收、总站按工序验收、管理局竣工验收。
5、推广的技术要点及改进点
在引进推广原有技术成果的同时，针对灌区含沙量高、断面要素多变的问题，不断探索和研究，扩大了该量水堰的使用范围，编制了计算CV值及水深流量关系的计算机程序，总结出迭代法的待定系数，提高了运算速度，创造性地推广了这一技术。
技术要点：①严把渠道技术参数测量计算关。对每条渠道都要认真量测、精确绘图，计算出渠道的断面参数作为设计依据。②严把制模施工、验收关。制定出《U形渠道抛物线形量水堰安装与维护办法》，规范了各项技术要点和具体要求[4]。③严格测试校核。为了避免推广工作盲目追求数量、速度，要求每个堰必须经过1年测校合格后，方可使用，创造出“两步法”测量水深，达到不同施测者，水深都相同的效果。设计了《R=XXXU形渠底弓形面积查补表》，使面积计算误差减小到0.38%。
改进点：①设计了抛物线形量水堰各项技术参数，水位流量查对表;改进了计算流速系数CV迭代计算方法，使计算速度提高了4倍，取得关键性技术突破。②将该堰由斗渠应用推广到支渠，应用渠道断面半径由0.3 m扩大到0.6 m，流量由0.3 m3/s扩大到2.0 m3/s。③将该堰推广到已成缓比降多泥沙渠道，使比降达到1/2 500左右。
6、结语
该技术成果在东雷灌区的应用推广，解决灌区U形渠道量水难和用水纠纷矛盾等问题，保证了灌区的水量调配、水帐结算、按量计费的准确、公平、合理，更进一步验证了抛物线形量水堰具有的优点。如果说U形渠道是最佳的过水断面形式，而抛物线形量水堰就是最优的量水形式。由于东雷灌区先试先行推广应用了该堰，为大面积推广应用总结出了经验，奠定了基础。随后，陕西省水利厅将抛物线形量水堰编入《灌区量水》，使灌区量水又增添了一种新型量水设施，陕西省质量技术监督局又将抛物线形量水堰发布为陕西省推荐性地方标准，该标准的实施将会促进U形渠道量水技术的标准化、规范化。
7、参考文献
【1】 朱风书，马孝义.U型渠道抛物线形移动式量水堰板研究[].农业工程学报，2002，18(3)：36-40。
【2】 马孝义，朱晓群，王文娥，等.U形渠道抛物线形量水槽设计多媒体软件的研制[J].水土保持研究，2002，9(2)：78-81。
【3】 吉庆丰，沈波，李国安.灌区量水设施研究开发进展[J].灌溉排水学报，2001(4)：69-72。
【4】 谭培根.推广U型渠道平底抛物线无喉量水堰的技术要点[J].陕西水利，1999(B12)：19-20。
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