[科普中国]-引水渠

简介

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

在早期，城市人口成长的限制往往是取决于水源缺乏。在多数状况下，解决的办法就是建造一条引水渠。引水渠是大型而且由高墙所筑成的工程，可将高山及丘陵附近的水源引到城内，在通过引水渠运送大量的水到城市之中后，城市就可以成长得更大。而且引水渠相对于掘井或是自死水溏汲水的方式来说，可以减少发生传染病的机率。引水渠也同样使得居民可以开始在一些原先不适开发的环境，像是沙漠，通过运送外部水源的方式来进行开发。在现代，像洛杉矶，也是通过科罗拉多河的水源，用引水渠运送超过2000英里才能像现在这么繁荣。

分类有自动调节能力有自动调节能力的引渠的主要特点是渠顶不是按一定的坡降沿渠逐渐降低的，而是水平的或者是逐渐升高的。这样，当渠中通过设计流量时，其水面线2～3与渠底平行；当泵站不运行时，渠中水位与水源水位齐平。这种渠道不论渠中通过的流量大小，其水位均不会超出渠顶发生漫滥现象，所以无需设置控制建筑物。因为它具有容积，可自动进行调节，因此被称为有自动调节能力的引渠。

带有自动调节能力的引渠的泵站可以利用站前出现的高水位运行，从而节省能量消耗，但是，它的填挖方工程量大，泵房和前池日边墙必须有较高的挡水段，从而增大了工程投资。当水源水位变幅很大时，还需考虑渠道控制建筑物的影响等因素。2

有自动调节能力无自动调节能力的引渠是渠顶沿渠有一定的坡降，其值一般与渠底坡降相同。由于这种引渠没有调节容积，所以无自动进行调节的能力。当渠中通过的流量等于零或者小于设计流量时，就有产生渠水漫顶的危险，因此需要在引渠末端设置溢水设施，或在渠首设闸进行节制。

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。1

设计要点断面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1.2~1.5m/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。1

引水线路与长度确定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。1

水泵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。1

施工注意事项一些工程位于引水管渠控制范围内的号房基础采用预制桩，打入桩施工时会对周围土体进行挤压，特别是在软土地基中施工挤土影响尤为厉害。同时由于地下水位较高，桩的打入破坏周围土体的力系平衡，产生超静空隙水压力，引起土体的位移和隆起，造成管渠的沉降和水平位移。

由于施工中大量临时荷载在施工现场内的堆积，可能对局部土体沉降有一定影响，这就给施工机械、车辆通行以及场地布置等多方面带来很多限制。

由于总体绿化施工、管线敷设等工序施工需预先去除部分土体，待施工完成后回填土。对于地下管线上部土体先卸载再加载，可能引起底下管线承受荷载不同，而产生不均匀沉降。

以上各道工序都可能对原水引水管渠有影响，因此必须重点对引水管渠进行保护。2

历史起源在公元早期（公元前200年到公元后400年），深冬季节，巴勒斯坦司法当局派遣官员打井，修理损坏的水塘和水渠。如果当地没有合适的水源，就修水渠引水。

古罗马是古代史上最重视公共健康和水质卫生的时期，人们付出极大的努力寻找和选择水源。公元1世纪，罗马城由9条水渠从附近郊区的山上输水进城。引水渠的沿途每间隔一定的距离设有水池起沉淀作用，水池内还有沙子和石头起过滤作用（与现代水处理流程中的过滤很相似）。

当被罗马征服后，人们建造了水渠以便输水去大城市。例如，在咖太基市，哈涓皇帝建造了长达八英里的水渠，每天能输入几百万加仑的水去城里。在奥古斯时期，罗马人在法国的莱姆斯城建造了另一条大型水渠。由此罗马人将他们关于清洁饮水和讲究卫生的知识传播到当时世界上的其他地方。