有关引水渠施工技术要点分析

李久阳

( 新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐835400)

1 引水渠的作用与分类

1.1 引水渠的主要作用

所谓引水渠即连通水源、排水区与泵房的明渠，即泵站的引水渠。具体而言，引水渠的主要作用体现在以下几个方面:①采用引水渠可以拉近泵房与灌区的距离，缩短输水管道的长度，从而降低工程的投资成本与能量消耗;②有利于水泵的正向进水;③可以防止泵房直接接触水源，有利于泵房结构的简化与施工的简便;④有些泵站需要由多泥沙的水源中抽水，所以采用引水渠可以提供设置沉沙池的场地，并且如果水源水位的变化幅度较大，地面坡反而相对平坦，也可以采用引水渠的作法来降低工程成本。

1.2 引水渠的分类

具体而言引水渠根据其是否具备自动调节的能力可以分为两种。其中引水渠如果具备自动调节功能，那么其渠顶是保持水平或者逐渐升高的，而不是根据一定的坡降沿渠逐渐降低的，从而从渠中通过的水流如果在设计流量范围内，则其水面线会与渠底保持平行;而如果泵站不运行，则渠中水位与水源水位保持齐平。具有自动调节功能的引水渠由于具有一定的容积，可以实现自动调节，所以无论渠中通过的水量是大是小，均可以保证其水位始终低于渠顶，防止出现漫顶现象，因此针对这种引水渠无需设置控制建筑。

另外一种引水渠则是不具备自动调节功能，其渠顶沿渠有一定的坡降，其坡降值通常等于渠底的坡降值。这种引水渠没有调节容积，因此不具备自动调节的能力。如果渠中通过的水流量不超过设计流量要求的范围，可以保证其处于正常运行的状态，但是一旦超过设定值，则会出现渠水漫顶的现象，所以在引水渠的渠道要设闸节制，或者末端设置相应的溢水设施。不同的场合选择不同的引水渠，通常站前出现高水位运行的泵站比较适合带有自动调节功能的引水渠，这样可以节省能量消耗，不过这种引水渠的填挖方工程量相对较大，而且要求泵房与前池的边墙要设置一段较高的挡水段，相应的工程成本就会增加;此外，如果水源水位出现大幅波动，还要考虑其对渠道控制建筑物的影响等因素。一般情况下要求灌溉泵站的泵房设置在灌区控制高程附近的位置，所以引渠在深挖方中可以挖成具备自动调节功能的引渠。而无自动调节功能的引水渠一般适用于从自流渠道中引水的灌溉站的引渠，二级以上的泵站引渠以及排水站的引渠等，其成本低，施工方便。

2 引水渠的施工技术要点

具体而言，引水渠的施工技术要点主要包括以下几个方面:

2.1 引水渠断面的设计

在设计引水渠的断面形状时需要考虑地形因素、地质条件等，不过最常见的仍是梯形断面，而断面面积的大小则参考工程实际的技术经济条件。通常在进行技术经济比较前，首先要估算出断面的大概面积，参考渠中的流速为1． 2 ～1．5 m/s;对于有调节功能的引水渠而言，在确定其最高水位时，要分别计算出渠中流量最大时突然产生正波时的水平以及渠中流量归零时的情况，比较分析后再确定下来。注意引渠渠尾的水深变化幅度，如果变幅过大会导致引渠坍坡，增加泵房挡水的高度，特别是针对负值吸水的泵房，会产生更大的影响，最终增加工程投资成本。所以在设计引水渠断面时要设计出至少3 种方案，即在渠道设闸控制、在渠尾设置溢流设备、增加泵房挡水高度等，比较3 种方案的技术性与经济性。其中工程成本与渠道断面面积的大小成正比关系，即断面越大，成本越高，不过渠中的水流速度会相应的减小，所以可以降低水头损失;而渠断面越小则可以降低工程成本，但是渠中水流的速度也会相应的提高，从而增加水头损失提高了渠道的成本，最终也会影响到工程的基本建设投资; 并且比较而言，增加断面只会增加修建渠道的初期投资成本，但是水头损失则是一项长年的支出，所以在设计引水渠断面时，首要考虑的是经济性因素。

此外，由于引水渠水面坡降导致的能量消耗，可以通过设计很容易求出，不过在引水渠后续长期的运行使用过程中，水源的水位、水泵的运行数量等不可能一成不变，这些动态的变化导致引水渠实际的工作历时与理论上的设计情况不相符，所以在计算引水渠引起的能耗时，要充分考虑这一因素。

2.2 确定引水线路与长度

在选择引水渠的流经线路时，要全面考虑工程所处的地形情况、地质条件、施工技术、填方与挖方的平衡、经济因素等。在确定泵站引水渠的长度时，要综合对比两个方面的技术性与经济性:①对比输水干渠，因为如果输水干渠长度过大，其填方工程量相应的也会较大，并且渗漏损失也较高;②对比出水管道，如果出水管道过长，同样会提高工程的投资成本，增加能量的消耗，并且还存在出现水锤事故的可能。此外，如果水源的含沙量较多，那么在设计引水渠的长度时，还要将沉沙的因素考虑进来。对于临时性泵站而言，由于其使用期相对较短，所以实际的引水渠长度设计尽量遵循投资最小的原则;当然，如果泵站是长期使用的，则渠道的经济长度要遵循管理成本最低的原则。由此可见，引水渠线路的长度设计要基于经济性的角度，综合考虑其它各种具体的条件。

2.3 引水渠与水泵的配合运行计算

一般情况下在确定引水渠的断面与纵坡时，要求水源在设计水位下，参考设计过程中最大流量时渠中保持等速流的条件来确定。不过泵站在实际运行过程中，水源的水位是一项不确定因素，并且水泵运行的数量不同，渠中流经的水流量也存在差异，所以引水渠在绝大部分时间是处于非等速流的状态下运行的，此时要求渠尾水深必须可以满足水泵或者吸水管的最小吃水深，并且不得淹没泵房，或者出现漫溢的问题，因此要对各种不同水位下水泵的工作点进行严格的校核，特别是一些水泵扬程低、引水渠线路长的泵站以及多级提水泵站，更应作为校核的重点对象。

2.4 施工过程中的其它问题

在引水渠的施工过程中可能会存在以下问题需要注意:①有些工程位于引水渠控制范围内的号房基础必须采用预制桩，在进行打桩施工时会挤压到基础周围的土体，尤其是软土地基的施工，会出现严重的挤土现象，并且工程的地下水位相对较高，打桩会破坏周围土体的力系平衡，产生超静空隙水压力，导致土体现出位移或者隆起等现象，最终造成引水渠的沉降与水平位移，所以针对这种情况要先处理好软土地基，然后再进行打桩施工;②施工过程中场地内会堆积大量的临时荷载，其可能会直接影响到局部土体的沉降，因此针对这种情况要在施工机械、施工车辆、场地布置等方面采取相应的限制措施;③在进行工程整体绿化施工或者管线敷设过程中，可能要将一部分土体预先除去，工序完成后再进行回填，这种情况也极有可能导致不均匀沉降。因此施工过程中要针对这些问题加强对引水渠的重点保护。

2.5 溢洪格栅

溢洪格栅主要适用于引水渠的入口位置，其利用水流推动，并且具备自洁功能，设计十分新颖，无需耗电，所以几乎不存在运行成本的问题。尽管其维护成本很低，但是其过滤效率却很高。现在常用的标准的400 mm 或者700 mm 直径转筒筛上设置了可调节的刷子，如果引水渠中流入污水进入机组时，固体物的直径在6 mm 以上就很难通过转筒筛，只能够附着在转筒筛上;水流经过过滤后会推动驱动桨，该驱动桨安装在转筒筛的下方，然后通过皮带的传统驱使转动筛的运行，此时转筒筛上所安装的刷子就会对转筒筛进行清扫，上面附着的残渣、污物就会被送回主河道。溢洪格栅对工作水头的要求比较低，适用于低水流运行，通常标准的长挡流坝会比较适合。

3 生态保护的思考

现代社会更加注重环境保护，因此引水渠工程要融入相关的水质改善与生态修复技术，比如引水渠中选择碳素纤维生态草进行生态修复，碳素纤维生态草具备较好的物理稳定性与化学稳定性，将其采用单层浮上方式将其布置于河道内，由于其具有较大的比表面积，因此可以有效地吸收、吸附、截留水中的溶解态与悬浮态污染物，并且可以为各种微生物、藻类的生长与繁殖提供良好的着生条件与附着条件，最终在载体上形成薄层的、具备较强净化活性功能的生物膜。

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