有關引水渠施工技術要點分析

李久陽

( 新疆伊犁河流域開發建設管理局，烏魯木齊835400)

1 引水渠的作用與分類

1.1 引水渠的主要作用

所謂引水渠即連通水源、排水區與泵房的明渠，即泵站的引水渠。具體而言，引水渠的主要作用體現在以下幾個方面:①采用引水渠可以拉近泵房與灌區的距離，縮短輸水管道的長度，從而降低工程的投資成本與能量消耗;②有利于水泵的正向進水;③可以防止泵房直接接觸水源，有利于泵房結構的簡化與施工的簡便;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設置沉沙池的場地，并且如果水源水位的變化幅度較大，地面坡反而相對平坦，也可以采用引水渠的作法來降低工程成本。

1.2 引水渠的分類

具體而言引水渠根據其是否具備自動調節的能力可以分為兩種。其中引水渠如果具備自動調節功能，那么其渠頂是保持水平或者逐漸升高的，而不是根據一定的坡降沿渠逐漸降低的，從而從渠中通過的水流如果在設計流量范圍內，則其水面線會與渠底保持平行;而如果泵站不運行，則渠中水位與水源水位保持齊平。具有自動調節功能的引水渠由于具有一定的容積，可以實現自動調節，所以無論渠中通過的水量是大是小，均可以保證其水位始終低于渠頂，防止出現漫頂現象，因此針對這種引水渠無需設置控制建筑。

另外一種引水渠則是不具備自動調節功能，其渠頂沿渠有一定的坡降，其坡降值通常等于渠底的坡降值。這種引水渠沒有調節容積，因此不具備自動調節的能力。如果渠中通過的水流量不超過設計流量要求的范圍，可以保證其處于正常運行的狀態，但是一旦超過設定值，則會出現渠水漫頂的現象，所以在引水渠的渠道要設閘節制，或者末端設置相應的溢水設施。不同的場合選擇不同的引水渠，通常站前出現高水位運行的泵站比較適合帶有自動調節功能的引水渠，這樣可以節省能量消耗，不過這種引水渠的填挖方工程量相對較大，而且要求泵房與前池的邊墻要設置一段較高的擋水段，相應的工程成本就會增加;此外，如果水源水位出現大幅波動，還要考慮其對渠道控制建筑物的影響等因素。一般情況下要求灌溉泵站的泵房設置在灌區控制高程附近的位置，所以引渠在深挖方中可以挖成具備自動調節功能的引渠。而無自動調節功能的引水渠一般適用于從自流渠道中引水的灌溉站的引渠，二級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 引水渠的施工技術要點

具體而言，引水渠的施工技術要點主要包括以下幾個方面:

2.1 引水渠斷面的設計

在設計引水渠的斷面形狀時需要考慮地形因素、地質條件等，不過最常見的仍是梯形斷面，而斷面面積的大小則參考工程實際的技術經濟條件。通常在進行技術經濟比較前，首先要估算出斷面的大概面積，參考渠中的流速為1． 2 ～1．5 m/s;對于有調節功能的引水渠而言，在確定其最高水位時，要分別計算出渠中流量最大時突然產生正波時的水平以及渠中流量歸零時的情況，比較分析后再確定下來。注意引渠渠尾的水深變化幅度，如果變幅過大會導致引渠坍坡，增加泵房擋水的高度，特別是針對負值吸水的泵房，會產生更大的影響，最終增加工程投資成本。所以在設計引水渠斷面時要設計出至少3 種方案，即在渠道設閘控制、在渠尾設置溢流設備、增加泵房擋水高度等，比較3 種方案的技術性與經濟性。其中工程成本與渠道斷面面積的大小成正比關系，即斷面越大，成本越高，不過渠中的水流速度會相應的減小，所以可以降低水頭損失;而渠斷面越小則可以降低工程成本，但是渠中水流的速度也會相應的提高，從而增加水頭損失提高了渠道的成本，最終也會影響到工程的基本建設投資; 并且比較而言，增加斷面只會增加修建渠道的初期投資成本，但是水頭損失則是一項長年的支出，所以在設計引水渠斷面時，首要考慮的是經濟性因素。

此外，由于引水渠水面坡降導致的能量消耗，可以通過設計很容易求出，不過在引水渠后續長期的運行使用過程中，水源的水位、水泵的運行數量等不可能一成不變，這些動態的變化導致引水渠實際的工作歷時與理論上的設計情況不相符，所以在計算引水渠引起的能耗時，要充分考慮這一因素。

2.2 確定引水線路與長度

在選擇引水渠的流經線路時，要全面考慮工程所處的地形情況、地質條件、施工技術、填方與挖方的平衡、經濟因素等。在確定泵站引水渠的長度時，要綜合對比兩個方面的技術性與經濟性:①對比輸水干渠，因為如果輸水干渠長度過大，其填方工程量相應的也會較大，并且滲漏損失也較高;②對比出水管道，如果出水管道過長，同樣會提高工程的投資成本，增加能量的消耗，并且還存在出現水錘事故的可能。此外，如果水源的含沙量較多，那么在設計引水渠的長度時，還要將沉沙的因素考慮進來。對于臨時性泵站而言，由于其使用期相對較短，所以實際的引水渠長度設計盡量遵循投資最小的原則;當然，如果泵站是長期使用的，則渠道的經濟長度要遵循管理成本最低的原則。由此可見，引水渠線路的長度設計要基于經濟性的角度，綜合考慮其它各種具體的條件。

2.3 引水渠與水泵的配合運行計算

一般情況下在確定引水渠的斷面與縱坡時，要求水源在設計水位下，參考設計過程中最大流量時渠中保持等速流的條件來確定。不過泵站在實際運行過程中，水源的水位是一項不確定因素，并且水泵運行的數量不同，渠中流經的水流量也存在差異，所以引水渠在絕大部分時間是處于非等速流的狀態下運行的，此時要求渠尾水深必須可以滿足水泵或者吸水管的最小吃水深，并且不得淹沒泵房，或者出現漫溢的問題，因此要對各種不同水位下水泵的工作點進行嚴格的校核，特別是一些水泵揚程低、引水渠線路長的泵站以及多級提水泵站，更應作為校核的重點對象。

2.4 施工過程中的其它問題

在引水渠的施工過程中可能會存在以下問題需要注意:①有些工程位于引水渠控制范圍內的號房基礎必須采用預制樁，在進行打樁施工時會擠壓到基礎周圍的土體，尤其是軟土地基的施工，會出現嚴重的擠土現象，并且工程的地下水位相對較高，打樁會破壞周圍土體的力系平衡，產生超靜空隙水壓力，導致土體現出位移或者隆起等現象，最終造成引水渠的沉降與水平位移，所以針對這種情況要先處理好軟土地基，然后再進行打樁施工;②施工過程中場地內會堆積大量的臨時荷載，其可能會直接影響到局部土體的沉降，因此針對這種情況要在施工機械、施工車輛、場地布置等方面采取相應的限制措施;③在進行工程整體綠化施工或者管線敷設過程中，可能要將一部分土體預先除去，工序完成后再進行回填，這種情況也極有可能導致不均勻沉降。因此施工過程中要針對這些問題加強對引水渠的重點保護。

2.5 溢洪格柵

溢洪格柵主要適用于引水渠的入口位置，其利用水流推動，并且具備自潔功能，設計十分新穎，無需耗電，所以幾乎不存在運行成本的問題。盡管其維護成本很低，但是其過濾效率卻很高。現在常用的標準的400 mm 或者700 mm 直徑轉筒篩上設置了可調節的刷子，如果引水渠中流入污水進入機組時，固體物的直徑在6 mm 以上就很難通過轉筒篩，只能夠附著在轉筒篩上;水流經過過濾后會推動驅動槳，該驅動槳安裝在轉筒篩的下方，然后通過皮帶的傳統驅使轉動篩的運行，此時轉筒篩上所安裝的刷子就會對轉筒篩進行清掃，上面附著的殘渣、污物就會被送回主河道。溢洪格柵對工作水頭的要求比較低，適用于低水流運行，通常標準的長擋流壩會比較適合。

3 生態保護的思考

現代社會更加注重環境保護，因此引水渠工程要融入相關的水質改善與生態修復技術，比如引水渠中選擇碳素纖維生態草進行生態修復，碳素纖維生態草具備較好的物理穩定性與化學穩定性，將其采用單層浮上方式將其布置于河道內，由于其具有較大的比表面積，因此可以有效地吸收、吸附、截留水中的溶解態與懸浮態污染物，并且可以為各種微生物、藻類的生長與繁殖提供良好的著生條件與附著條件，最終在載體上形成薄層的、具備較強凈化活性功能的生物膜。

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