摘要：我国兴修灌溉工程历史悠久，很久以前就创造多项灌溉技术，随着我国水资源危机问题的日益突出，农业发展越来越受到水资源的制约，节水灌溉的重要性受到人们的重视。怎样采取有效的措施，进一步提高用水效率，达到扩大灌溉面积，满足农业生产的要求，成为节水灌溉技术的发展方向。本文对某灌区节水改造配套工程中的倒虹吸管的应用为例，阐述倒虹吸管在节水灌溉中的实际运用。
关键词：倒虹吸管；节水灌溉；设计方法
一、适用条件
倒虹吸管具有材料少、节省劳动力、工程造价低、施工难度小、施工安全方便、地基承载力要求低等优点，但是水头损失较大，施工质量要求高。在确定使用倒虹吸管时，应根据渠线、地形、水头和施工队伍实力等情况做科学的比较。
1.在山区和丘陵区，渠道沿山绕行，渠线长而弯曲，为缩短渠道长度，减少水头损失，降低工程投资，用倒虹吸管跨越深沟谷，使渠道顺直。
2.渠道跨越的沟谷较宽，且高差大于20米，采用渡槽方案造价高，施工难度大，需要工期长，采用倒虹吸管。
3.渠道跨越沟谷较宽，高差8米-20米，流量不大，渠道水头丰富，采用倒虹吸管。
4.渠道跨越重要交通道路，水头富裕，渡槽架设高度受到限制，且与前后渠道衔接困难时，宜采用倒虹吸管穿越交通道路。
5.渠道跨越宽深河流，采用渡槽方案施工困难时，采用倒虹吸管。
二、灌溉渠道倒虹吸管的设计
灌溉渠道的设计流量、最小流量和加大流量确定后，就可据此设计渠道的纵横断面。设计流量是进行水力计算、确定渠道过水断面尺寸的主要依据。纵横断面的设计不仅要满足渠道输配水要求，还要满足渠床纵横断面的稳定条件。渠道横断面的设计要求是保证设计的断面能够输送设计流量和加大流量，设计的渠床稳定、不淤积、不冲刷、不塌坡；渠道纵断面的设计要求是保证渠道有足够的水位高度，以满足大部分农田自流灌溉，渠道土石方量小、渠系建筑物少，经济合理。
1.灌溉渠道横断面设计
（1）最佳水力断面设计法
渠道横断面尺寸是根据渠道设计流量通过水力计算加以确定，通常采用明渠均匀流计算公式计算，即：
1）灌溉渠道基本参数的确定
根据设计渠道时要求工程量小，投资少的原则，即在设计流量Q、比降i、糙率系数n值相同的条件下，应使渠道过水断面面积A最小，满足过水断面为最佳水力断面。由上述条件可假设，设A、x为设计水深h、渠道底宽b和边坡系数m的函数，由式（1）、式（2）和式（3）可得渠道基本参数A、x、Q、n和i之间的非线性函数为：
2）灌溉渠道不冲不淤流速的约束条件。由公式：
（2）实用经济断面设计法。
虽最佳水力断面在相同流量下过水断面面积最小，但从经济、技术和管理等方面综合考虑，其断面比较窄深，不便于施工，容易塌方，它有一定的局限性。应用于较大型的渠道时，由于深挖高填，施工开挖工程量及费用大，维护管理也不方便，流量改变时水深变化较大，给灌溉、航运带来不便。为了克服最佳水力断面的加大水深、减小水深的缺点，同时又使过水断面面积接近于最佳水力断面的面积，因而提出实用经济断面设计法。
拟定偏离系数：
计算γ：γ=h经h优
式中：h经为实用经济断面的水深，m；h优为最佳水力断面的水深，m。
则有：γ=a5/2-a（a4-1）
计算宽深比：β=aγ2（21+m2-m）-m
式中：β为宽深比；α为偏离系数；m为边坡系数；γ为系数。
2.灌溉渠道纵断面设计。
灌溉渠道不仅要满足输送设计流量的要求，还要满足水位对自流灌溉控制的要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆纵断面设计的任务是根据灌溉水位要求确定渠道的空间位置，先确定不同桩号处的设计水位高程，再根据设计水位确定渠底高程、堤顶高程、最小水位，标出渠系建筑物类型，并计算出土石方工程量。
（1）灌溉渠道的水位推算。
为了满足自流灌溉的要求，各级渠道的取水口和分水口都应具有足够的水位高程，该水位是根据灌溉面积上控制点的高程加上各种水头损失，自下而上逐级推算出来的 [9]，水位公式如下。
1）计算各支渠取水口要求的控制水位（B分）。为了推求干渠渠首控制水位，首先确定各支渠取水口的要求水位高程。
式中：B分为支渠取水口处控制水位，m；A0为渠道灌溉范围内参考点的地面高程，参考点一般选在最难灌溉的地点及渠道分水口近处或远处，视地面坡度和渠道的关系而定，m；Δh为参考点与农渠水面的高差，一般取0.1～0.2m；L为各级渠道长度，m；i为各级渠道的比降；为水流通过渠系建筑物的水头损失，m。
2）计算干渠取水口要求的控制水位（B首）。干渠渠首取水口控制水位由干渠设计水面线推求，其公式如下：
式中：B首为干渠取水口要求的控制水位，m；L为干渠段长度，m；i为干渠比降；为干渠局部水头损失，m；B分为支渠取水口处控制水位，m。
（2）灌溉渠道纵断面设计中的水位衔接。
渠道纵断面设计中的水位衔接是处理渠道与建筑物、渠道上下段和上下级之间的水位关系问题。当渠道通过的流量为最小流量时，则渠道与建筑物、渠道上下段和上下级之间的水位应满足要求，即对同一条渠道，第j渠段末的渠道水位与j+1段渠首的渠道水位之差满足一定的控制条件：
三、灌溉渠道规划创新方法
1.明确渠系设计形式
在明确渠系设计形式的时候，一定要对田、路、林之间的互相影响进行综合考虑，注重渠路结合。通常而言，在设计灌溉渠系的时候，一定要加强对当地田地、交通情况、林地面积等因素展开综合考虑，除此之外，一定要加强对经济因素的考虑。同时，在进行灌溉渠道设计的时候，一定要尽可能避开一些障碍建筑物，避免因为建筑物的影响而出现灌溉渠道设计不合理的情况。在灌溉渠道正式投入使用之后，一定要加强渠道的定期维修，进而确保灌溉渠道可以顺利运行，因此，在建设灌溉渠道的时候，一定要加强对灌溉路线的合理规划与设计，一般均是使其可以和路面保持在同一走向。
2.明确渠系覆盖面积
在完成灌溉渠系设计工作之后，一定要结合具体支渠情况进行渠系面积的确定，保证整个渠系覆盖范围都可以得到一定的灌溉。在明确渠系覆盖面积的时候，一定要对灌溉面积与所需水量、土地利用系数情况等方面进行综合考虑，进而对其实际面积进行确定。在对不同灌溉区面积进行确定的时候，一定要结合当地的实际地形情况进行确定，比如，对坡地灌溉区而言，其土地利用系数一般为0.5-0.6；对平原灌溉区而言，其土地利用系数一般为0.85。只有这样，才可以确保渠系覆盖面积的有效性，实现覆盖范围的全面灌溉。
3.明确渠系实际流量
通常情况下，最小流量、最大流量、设计流量可以统称为特征流量。在明确灌溉渠道实际流量的时候，一定要结合最小灌溉范围和最小灌溉模量的情况进行确定，这样才可以确保灌溉流量的有效性与准确性。同时，在计算设计流量的时候，一定要利用相关的设计图纸，结合设计灌溉范围与设计灌溉模数进行考虑。一般而言，灌溉渠道的最大流量都要超过设计流量的1.5倍。
4.构建防洪体系
在建设干、支渠的时候，一定要考虑渠道沿线山洪、源流等情况，结合当地的具体情况，采取相应的有效措施，进行一定的拦截与疏导，避免山洪进入渠道，假如山洪一定要经过渠道的话，一定要加强渠道排泄设计，并且设置相应的溢洪堰、排洪闸等设施，进而确保灌溉渠道的稳定与安全。
结语
随着我国水资源危机问题日益突出，农业发展越来越受到水资源的制约，合理选择各项水头损失系数，是水力设计数据的关键，倒虹吸管埋于地下，具有很好的耐寒性，为提高灌溉用水效率，扩大灌溉面积，满足农业生产和环境保护要求发挥积极作用。
参考文献：
[1]刘慧民，王兴利.节水喷灌设计方法剖析[J].黑龙江水利科技，2009（06）.
[2]张展羽，汪光宇，周久先等.山丘区滴灌工程设计方法研究[J].节水灌溉，2009（06）.
[3]雍小玲.山区灌溉渠道的规划方法[J].北京农业，2013（15）.
论文作者:王景亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/15
标签：渠道论文; 水位论文; 断面论文; 虹吸管论文; 流量论文; 干渠论文; 水头论文; 《基层建设》2018年第36期论文;