慈紅衛(wèi)

(黑龍江省紅興隆墾區(qū)江川水利建筑有限公司，黑龍江紅興隆154302)

與蓄水灌溉工程不同，引水灌溉工程沒有調(diào)節(jié)徑流的能力，只能把河流來水量作空間上的調(diào)撥( 即由灌溉水源引入灌區(qū)) ，而不能作時(shí)間上的調(diào)節(jié)( 即余水即蓄、缺水即放) 。因此，確定引水灌溉工程規(guī)模的水利計(jì)算，在于推求設(shè)計(jì)引水流量和保證灌溉面積。保證灌溉面積系指為滿足某一灌溉設(shè)計(jì)保證率的用水需要，引河水灌溉的面積。引水灌派常以旬作為水利計(jì)算的計(jì)算時(shí)段。

1 灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1 灌溉設(shè)計(jì)保證率

灌溉設(shè)計(jì)保證率是指灌區(qū)用水量在多年間能夠得到充分滿足的幾率。一般以正常供水的年數(shù)或供水不被破壞的年數(shù)占總年數(shù)的百分?jǐn)?shù)表示，例如，頻率P =80%表示灌溉設(shè)施在長期運(yùn)用過程中，平均每100 a可保證80 a正常供水。為了修正以樣本資料推測總體規(guī)律的某些不合理的地方，灌溉設(shè)計(jì)保證率常用下式進(jìn)行計(jì)算，即

式中: p 灌溉設(shè)計(jì)保證率，%; m 為灌溉設(shè)施能保證正常供水的年數(shù); n 為灌溉設(shè)施供水的總年數(shù)。

灌溉設(shè)計(jì)保證率綜合反映了灌區(qū)用水和水源供水兩方面的情況，較好地表達(dá)了灌溉工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。灌溉設(shè)計(jì)保證率因各地自然條件、經(jīng)濟(jì)條件的不同而有所不同。具體可根據(jù)灌區(qū)水文氣象、水土資源、作物組成、灌區(qū)規(guī)模、灌水方法、生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益等因素，參考表1 數(shù)值確定。

1.2 抗旱天數(shù)

所謂抗旱天數(shù)是指灌溉設(shè)施在無降水的情況下能滿足作物需水要求的天數(shù)。它反映了灌溉設(shè)施的抗旱能力，也是灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)之一。關(guān)于“抗旱天數(shù)”的標(biāo)準(zhǔn)，水電部所定SD288—99 試行規(guī)范中已規(guī)定“采用抗旱天數(shù)作為灌溉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)，旱作物和單季稻灌區(qū)抗旱天數(shù)可為30 ～50 d，雙季稻灌區(qū)抗旱天數(shù)可為50 ～70 d，有水源條件和經(jīng)濟(jì)條件的地區(qū)應(yīng)予提高”。

抗旱天數(shù)的概念比較清楚，容易被人們所理解接受。因此，在我國小型灌區(qū)和農(nóng)田基本建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，多以抗旱天數(shù)作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但由于無雨日的確定有一些實(shí)際困難。加之不便于與其他用水部門的保證率對照比較，故在大中型灌溉工程及綜合利用工程的設(shè)計(jì)中還較少采用。灌溉工程的水利計(jì)算，一般有蓄水工程的水利計(jì)算、引水工程的水利計(jì)算以及抽水工程的水利計(jì)算等。

表1 灌溉設(shè)計(jì)保證率

2 有壩引水樞紐水文水利計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)引水流量的確定

2.1.1 長系列法

所謂長系列法，就是首先計(jì)算歷年的渠首河流來水過程線和已定灌區(qū)的灌溉用水過程線，再逐年比較這兩個(gè)過程，統(tǒng)計(jì)出河流來水滿足灌溉用水的保證年數(shù)。長系列法考慮了歷年的引水流量與灌溉用水流量的實(shí)際變化及配合，只要所選取的系列年組有足夠的代表性，其成果一般比較可靠，但工作量比較大。

2.1.2 設(shè)計(jì)代表年份

設(shè)計(jì)代表年法是選擇某幾個(gè)代表年份，進(jìn)行引水量平衡計(jì)算，其計(jì)算方法與長系列法相同，但該法系僅就選定的代表年份進(jìn)行計(jì)算，故計(jì)算工作量較小，在選取的設(shè)計(jì)代表年具有一定的代表性時(shí)，成果還是可靠的。具體計(jì)算步驟有:

2.1.2.1 選擇設(shè)計(jì)代表年

由于僅選擇一個(gè)年份作為代表，具有很大的偶然性，故可按下述方式選擇一個(gè)代表年組:①以渠首河流歷年的來水量，進(jìn)行頻率分析，按灌區(qū)所要求的灌溉設(shè)計(jì)保證率，選出2～3 a，作為設(shè)計(jì)代表年，并求出相應(yīng)年份的灌溉用水過程。②以灌區(qū)歷年作物生長期降雨量或灌溉定額進(jìn)行頻率分析，選擇保證率接近于灌區(qū)所要求的灌溉設(shè)計(jì)保證率的年份2 ～3 a，作為設(shè)計(jì)代表年，并根據(jù)水文資料，查得相應(yīng)年份渠首河流的來水過程。③由上述一種或兩種方法所選得的設(shè)計(jì)代表年中，選出2 ～6 a組成一個(gè)設(shè)計(jì)代表年組。

2.1.2.2 對設(shè)計(jì)代表年組中的每一年，進(jìn)行飲水量平衡計(jì)算與分析

如在引水量平衡計(jì)算中，發(fā)生破壞情況，則應(yīng)采取縮小灌溉面積，改變作物組成或降低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等措施，并重新計(jì)算。

2.1.2.3 選擇設(shè)計(jì)代表年組中實(shí)際引水流量最大的年份

作為設(shè)計(jì)代表年，并以該最大飲水量作為設(shè)計(jì)流量。

2.2 攔河壩高度的確定

根據(jù)一般規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，攔河壩的高度應(yīng)滿足下述3 方面的要求:

1) 應(yīng)滿足灌溉所要求的引水高程。

2) 在滿足灌溉引水要求的前提下，使筑壩后上游淹沒損失盡可能小，亦即在宣泄一定設(shè)計(jì)頻率洪水的條件下，使溢流壩的壅水高度最小。

3) 適當(dāng)考慮綜合利用的要求。如對灌溉和發(fā)電效益而言，攔河壩高些為好: 但攔河壩越高，上游淹沒損失越大，防洪工程造價(jià)也高。因此，必須通過多方面的調(diào)查研究，反復(fù)比較才行。

一般地說，壩頂高程常先根據(jù)灌溉引水高程初步擬定，然后結(jié)合河床地形地質(zhì)條件、壩型和建材以及溢流壩段工程量和壩上游防洪工程的大小等進(jìn)行綜合比較確定。

2.3 攔河壩的防洪校核及上游防洪設(shè)施的確定

進(jìn)行防洪校核，首先要確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。中小型引水工程的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，一般采用10 ～20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，100 ～200 a一遇洪水校核。根據(jù)一定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)洪水和初步擬定的壩高，便可根據(jù)河床情況，選取一個(gè)溢流寬度，計(jì)算壩上的壅水高度。此項(xiàng)計(jì)算往往與溢流段壩高的計(jì)算交叉進(jìn)行。

3 無壩引水工程的水利計(jì)算

無壩引水工程水文水利計(jì)算任務(wù)，主要是在灌區(qū)面積已定情況下，確定符合灌溉設(shè)計(jì)保證率要求的進(jìn)水建筑物尺寸，如果進(jìn)水建筑物的尺寸已定，則可根據(jù)河流來水情況，確定滿足既定灌溉保證率下的灌溉面積。其計(jì)算內(nèi)容包括確定設(shè)計(jì)引水流量，閘前設(shè)計(jì)水位，閘后設(shè)計(jì)水位和進(jìn)水閘尺寸等。

3.1 設(shè)計(jì)引水流量的確定

當(dāng)河流流量及水位對灌溉用水有保證的情況下( 例如在大江大河上引水，引水流量占河流流量比重顯然甚小) ，無壩引水樞紐的設(shè)計(jì)引水流量可采用以下方法計(jì)算。

3.1.1 長系列法

所謂長系列法，就是根據(jù)灌溉面積、歷年的灌水率圖以及灌溉水利用系數(shù)，求得灌區(qū)歷年灌溉用水流量過程線，并選擇各年灌溉引水和用水緊張時(shí)期( 即灌溉臨界期) 中，灌水延續(xù)時(shí)間≥20 d的最大灌水流量作為該年的灌溉最大引水流量，然后以此進(jìn)行頻率分析，選擇其中符合灌溉設(shè)計(jì)保證率的流量，作為設(shè)計(jì)引水流量。

長系列法由于考慮了歷年灌溉用水流量的實(shí)際變化情況，所以，如選取的系列年組具有足夠的代表也其成果是可靠的。對于比較重要的大、中型工程，宜采用此法。其缺點(diǎn)是計(jì)算工作量較大。

3.1.2 設(shè)計(jì)代表年法

此法系根據(jù)灌區(qū)歷年灌溉定額，或灌溉期降雨量，進(jìn)行頻率分析，選擇2 ～3個(gè)相當(dāng)于灌溉設(shè)計(jì)保證率的年份，作為設(shè)計(jì)代表年，然后作各設(shè)計(jì)代表年的灌溉用水過程線，以確定各設(shè)計(jì)代表年的灌溉最大引水流量( 方法同長系列法) ，再從中選擇一個(gè)最大的灌溉引水流量，作為設(shè)計(jì)引水流量。

由于設(shè)計(jì)代表年法系僅就所選定的年份進(jìn)行計(jì)算分析，故其工作量顯然較長系列法為小，如選取的設(shè)計(jì)代表年具有較好的代表性，則成果還是可靠的。

3.2 設(shè)計(jì)水位的確定

設(shè)計(jì)水位一般是根據(jù)灌區(qū)高程控制要求確定的干渠渠首水位。但這一水位還應(yīng)根據(jù)閘前設(shè)計(jì)引水位扣除過閘水頭損失加以校核。如果不滿足，則應(yīng)以閘前設(shè)計(jì)水位扣除過閘水頭損失作為閘后設(shè)計(jì)水位，而將灌區(qū)范圍適當(dāng)縮小，或者向上游重新選擇新的取水地點(diǎn)。

3.3 進(jìn)水閘閘孔尺寸的確定及校核

進(jìn)水閘閘孔尺寸，主要指閘底板高程和閘孔的凈寬，在確定這些尺寸時(shí)，它們之間是互為前提，相互影響的。在滿足灌區(qū)高程控制要求的前提下，對同一設(shè)計(jì)流量，閘底板高程定的低些，閘孔凈寬可小些; 相反，閘底板高程定得高些，閘孔凈寬就需要大些。設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)建閘處地形、地質(zhì)條件等綜合考慮，反復(fù)比較，以求得經(jīng)濟(jì)合理的閘孔尺寸。

［1］胡雯. 轉(zhuǎn)型期中國農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)可持續(xù)治理研究［D］. 成都: 西南財(cái)經(jīng)大學(xué)，2008.

［2］楊東泉，巴信. 河小流域灌溉工程施工管理的三大控制［C］//廣西水利廳. 廣西水利廳廳慶征文選集. 南寧: 廣西水利廳，2004:1.

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